Заповнення багатопровідної розгалуженої коробки: спільні нейтральні правила, реальні підрахунки та вибір безпечнішої коробки

Багатопровідні розгалужені ланцюги економлять мідь, зменшують падіння напруги при тривалому сполученні та залишаються звичайними скрізь, де два незаземлені провідники мають одну нейтраль, але вони також створюють деякі з найбільш часто неправильно врахованих коробок пристроїв у полі. Електрики, інженери та серйозні домашні майстри зазвичай пам’ятають правило зв’язку ручки вимикача в NEC 210.4(B) і правило безперервності нейтралі в NEC 300.13(B). Проблему заповнення коробки легше не помітити: ланцюг зі спільною нейтраллю все ще розміщує кожен ізольований провідник, кожне ярмо, кожен внутрішній затискач і пучок заземлення в той самий розрахунок кубічних дюймів відповідно до NEC 314.16. У цьому посібнику показано, як правильно підрахувати ці клітинки, де математика змінюється, і чому юридична мінімальна коробка часто не є хорошим практичним вибором.

До корисних відкритих посилань належать Національний електричний кодекс, розщеплена фаза електроенергії, Aамериканський калібр дроту і IEC 60364. Ці джерела не замінюють прийняту книгу кодів, але вони допомагають пояснити, чому схеми зі спільною нейтраллю створюють як електричні, так і механічні обмеження конструкції.

Чому заповнення поля MWBC спричиняє помилки в полях

Багатопровідна розгалужена схема

A зазвичай виглядає простою на папері. Кабель 12/3 дає вам чорний, червоний, білий і оголений колір. Два незаземлених провідника потрапляють на двополюсний вимикач або вимикачі, прив’язані до рукоятки, заземлений провідник є спільним, а навантаження розподіляються між протилежними фазами, тому нейтраль переносить лише струм дисбалансу. Арифметика настільки проста, що багато інсталяторів перестають думати, коли захист від надструму та безперервність нейтралі врегульовано.

Саме тоді трапляються помилки під час заповнення поля. Спільна нейтраль не зникає з розрахунку заповнення коробки. Кожен ізольований провідник, який входить у коробку та завершується або зрощується всередині, все ще зараховується згідно з NEC 314.16(B)(1). Згідно з NEC 314.16(B)(5), заземлюючі провідники все ще вважаються одним загальним дозволом. Внутрішні затискачі все ще враховуються під 314.16(B)(2). Відповідно до 314.16(B)(4) кожне ярмо пристрою все ще вважається допуском на два провідники на основі найбільшого провідника, підключеного до пристрою. Спільно-нейтральна схема може зменшити кількість кабелів у порівнянні з використанням двох повних 2-провідних розгалужених ланцюгів, але це не створює знижки на вимоги до кубічних дюймів у коробці.

"Кухня MWBC із шістьма ізольованими провідниками, одним припуском на заземлення, одним внутрішнім затискачем і одним дуплексним ярмом уже становить 10 припусків. На 12 AWG, таблиця 314.16(B) NEC ставить цю коробку на 22,5 кубічних дюймів навіть до запасу якості виготовлення починається."

Розділи коду, які фактично керують результатом

Для сумісної коробки MWBC електричні правила та правила простору слід читати разом:

• NEC 210.4(A) визначає багатодротове розгалужене коло як коло з двома або більше незаземленими провідниками, які мають напругу між ними, і заземленим провідником з однаковою напругою між ним і кожним незаземленим провідником.
• NEC 210.4(B) вимагає засобів для одночасного від’єднання всіх незаземлених провідників багатодротової розгалуженої схеми в точці, де починається розгалужена схема.
• NEC 300.13(B) вимагає, щоб безперервність заземленого провідника на MWBC залишалася незалежною від видалення пристрою. На практиці це означає об’єднання нейтралі замість використання пристрою як наскрізного шляху.
• NEC 314.16(B)(1) підраховує кожен ізольований провідник, який виходить за межі коробки та закінчується або з’єднується в коробці.
• NEC 314.16(B)(2) додає один припуск для одного або кількох внутрішніх затискачів.
• NEC 314.16(B)(4) додає два припуски для кожного ярма пристрою на основі найбільшого провідника, підключеного до цього ярма.
• NEC 314.16(B)(5) враховує всі заземлюючі провідники обладнання разом як один провідник на основі найбільшого заземлюючого провідника в коробці.
• NEC Таблиця 314.16(B) призначає 2,00 кубічних дюймів для 14 AWG, 2,25 кубічних дюймів для 12 AWG і 2,50 кубічних дюймів для 10 AWG.

Тут є важливий практичний висновок: NEC 300.13(B) часто вимагає нейтрального з’єднання та розташування косичок, що підвищує безпеку, але не зменшує заповнення коробки. Зрощення все ще займає реальну коробку, і допуск на комір все ще застосовується. Якщо перероблена коробка вже була близькою до межі, безпечніший нейтральний метод може виявити, що вихідний вибір корпусу був надто оптимістичним.

Якщо вам потрібні супутні посилання під час перевірки підрахунків, скористайтеся посиланням на код NEC , Wire Gauge Chart, Device Fill Calculations та Заземлюючі провідники в коробці Fill. Разом вони охоплюють більшість помилок підрахунку, які виникають у спільно-нейтральних роботах.

Порівняльна таблиця: загальні сценарії коробки MWBC

У наведеній нижче таблиці припускаються мідні провідники та допуски NEC 314.16(B) 2,25 кубічних дюймів для 12 AWG і 2,50 кубічних дюймів для 10 AWG. Підрахунки вже включають допуски на заземлення та затискачі, де зазначено.

Робочий приклад 1: кухонна дрібна побутова техніка MWBC на 12 AWG

AПрипустімо, що схема кухонної стільниці використовує кабель 12/3, тому чорний і червоний провідники живлять дві половини розділеної дуплексної розетки. Один кабель 12/3 входить з панелі, а один кабель 12/3 виходить до наступної розетки. Усередині коробки є шість ізольованих провідників, які входять із зовнішнього боку: чорний, червоний і білий з боку лінії, а також чорний, червоний і білий з боку навантаження. Усі майданчики обладнання зараховуються як одна надбавка. Один або кілька внутрішніх затискачів вважаються одним припуском. Ярмо двосторонньої розетки вважається двома надбавками. Загальна сума становить 10 еквівалентів провідника, перш ніж ви навіть вирішите, чи інший пристрій користується цією коробкою.

A Для 12 AWG необхідний об’єм становить 10 x 2,25 = 22,50 кубічних дюймів. Це вже більше, ніж у багатьох старих однокомпонентних коробок для реконструкції. Якщо інсталяція включає в себе гніздо з розділеним дротом і видаленням вкладки, коробка може бути електрично елегантною, але механічно тісною. Якщо додано другий пристрій або додатковий наскрізний канал, кількість знову зростає негайно.

Тепер розглянемо більш безпечний нейтральний метод, який вимагає NEC 300.13(B). Спільна нейтраль не може залежати від клем розетки для безперервності, тому білі провідники зазвичай з’єднуються з пристроєм косичкою. Ця косичка, яка повністю походить із коробки, як правило, не додає заповнення провідника відповідно до NEC 314.16(B)(1), але з’єднання все ще займає фізичне місце, а ярмо пристрою все ще вважається двома допусками. Це одне з місць, де коробка може бути легальною на папері, але все одно неприємно її акуратно завершити.

"NEC 300.13(B) захищає спільну нейтраль від збою пристрою, але не дає вам вільного місця. Нейтральна з’єднання все ще знаходиться в коробці, а ярмо все ще враховує два припуски відповідно до 314.16(B)(4)."

Приклад 2: посудомийна машина та утилізація MWBC

Звичайна сучасна компоновка

A розміщує посудомийну машину та сміттєзбірник на MWBC з використанням міді 12/3 або, при більшій тривалості та вищих початкових вимогах, 10/3. Припустімо, що один кабель 12/3 входить у розподільну або роз’єднувальну коробку від панелі, а один кабель 12/3 виходить до точки підключення приладу із заземленням і внутрішніми затискачами. Якщо ярмо перемикача або роз’єднувача встановлено в тій же коробці, кількість становитиме шість ізольованих провідників, один припуск на заземлення, один припуск для затискачів і два припуски для пристроїв у цілому 10. Якщо коробка також містить додатковий наскрізний пристрій або другий пристрій, 11 або 12 допусків відбувається швидко.

A Для 12 AWG 11 припусків потребують 24,75 кубічних дюймів. При 10 AWG ті самі 11 допусків вимагають 27,50 кубічних дюймів. Ось чому багато електриків припиняють спроби змусити неглибоку коробку пристрою працювати і переходять безпосередньо до 4-дюймової квадратної коробки глибиною 2-1/8 дюйма або іншого корпусу з документально підтвердженим об’ємом. Різниця у вартості невелика порівняно з витратами на роботу, пов’язану з переробкою щільної коробки приладу після того, як отвір шафи вже вирізано, а провідники обрізано.

Існує також проблема виготовлення, яку чиста арифметика погано вловлює. Провідники 10-го калібру більш жорсткі, кінцеві навантаження двигуна менш поблажливі, а монтажники приладів не люблять боротися з переповненим простором з’єднання. Навіть якщо коробка технічно проходить, більший корпус зазвичай призводить до чистішої прокладки провідників, меншого ризику пошкодження ізоляції та меншої кількості зворотних викликів.

Робочий приклад 3: двокомпонентна майстерня з MWBC і захисним пристроєм

Розглянемо невелику майстерню, де один MWBC постачає стандартну дуплексну розетку та схему робочого освітлення, керовану вимикачем, у коробці з двома блоками. Один кабель 12/3 входить, один кабель 12/3 виходить, заземлення є, коробка має внутрішні затискачі, є два хомути: одне гніздо і один вимикач або захисний пристрій. Уважно порахуйте провідники. Ви все ще маєте шість ізольованих провідників від двох кабелів 12/3. Підстави вважаються одним. Затискачі вважаються одним. Два ярма вважаються допусками на чотири провідники. Усього 12 еквівалентів провідника.

A 12 AWG, це означає 27,00 кубічних дюймів. Квадратна коробка об’ємом 30,3 кубічних дюйма може пройти, і все одно забезпечить скромний робочий запас. Тонка двокомпонентна стара робоча коробка часто не підходить. Якщо пристрій стає більшим комбінованим блоком AFCI/GFCI або інтелектуальним контролером із глибшою електронікою, практична потреба у більшій коробці стає ще більш очевидною.

Для читачів, які також працюють за міжнародними стандартами, установки на основі IEC не використовують той самий метод заповнення кубічних дюймів, але механічний урок ідентичний. Коли кілька активних провідників використовують один кабель або оболонку, а також коли нейтральна цілісність повинна підтримуватися за допомогою надійних кінцевих з’єднань, глибина корпусу та простір для кінцевих з’єднань мають значення. Іншими словами, NEC дає вам приписний номер, тоді як практика IEC частіше змушує вас спроектувати корпус фізично. Найбезпечніший спосіб мислення інсталятора однаковий в обох системах.

"Якщо MWBC для посудомийної машини збільшити до 10 AWG, 11 припусків стануть 27,5 кубічних дюймів. Ось чому 4-дюймові квадратні коробки продовжують рятувати роботи з модернізації, які виглядали прийнятними на ескізі."

Поширені помилки підрахунку в ланцюгах зі спільною нейтраллю

• Спільна нейтраль розглядається як особливий виняток. Він все ще вважається ізольованим провідником, коли він входить і закінчується або з’єднується в коробці.
• Забути про допуск на ярмо. Дуплексна розетка на MWBC все ще додає допуски на два провідники на основі найбільшого підключеного провідника.
• Ігнорування внутрішніх затискачів. Один або більше внутрішніх затискачів все одно додають один припуск, що часто є різницею між проходженням і невдачею в одногруповій коробці.
• Плутання косичок із живильними провідниками. Пігтейл, який починається та закінчується всередині коробки, зазвичай не враховується, але вхідні та вихідні провідники враховуються.
• Aприпускаючи, що законодавчий мінімум є правильним встановленням. Великі пристрої, жорстка мідь 10 AWG і численні з’єднання гайок роблять багато розрахунків точних обмежень поганим польовим вибором.
• Перевірка лише правил порушника. NEC 210.4 і 300.13(B) мають значення, але вони не замінюють NEC 314.16. Правильне розташування вимикача все ще може потрапити в меншу коробку.

Якщо ви сумніваєтеся, знову запустіть підрахунок у Box Fill Calculator, порівняйте об’єми коробки в Junction Box Sizing Guide, і перегляньте ширший покроковий метод у How to Calculate Electrical Box Заповніть . Ці три сторінки вловлюють більшість помилок на етапі проектування до того, як грубу обробку сховають за гіпсокартоном або шафами.

FAQ

Чи враховується спільний нейтрал один раз або не враховується взагалі в підрахунку заповнення поля?

Зараховується один раз для кожного ізольованого нульового провідника, що входить до коробки відповідно до NEC 314.16(B)(1). MWBC використовує одну спільну електричну нейтраль, але цей провідник все ще займає реальний простір у коробці. Для 12 AWG це означає 2,25 кубічних дюймів на кожен підрахований припуск.

Чи вимагає NEC 300.13(B) нейтральні кіски для збільшення заповнення поля?

A нейтральний кінець, який починається та закінчується повністю в коробці, як правило, не додає заповнення провідника відповідно до NEC 314.16(B)(1). Однак з’єднання все ще займає фізичне місце, а ярмо пристрою все ще вважається двома допусками відповідно до NEC 314.16(B)(4).

Яка загальна кількість розеток 12 AWG MWBC?

Прохідна розеткова коробка MWBC

A зазвичай приземляється на 10 еквівалентах провідників: шість ізольованих провідників з двох кабелів 12/3, один припуск на заземлення, один припуск на затискачі та два для ярма пристрою. При 2,25 кубічних дюймів кожен, тобто 22,50 кубічних дюймів.

Чи можу я розмістити роздільну ємність на MWBC у маленькій старій коробці?

Іноді, але багато старих одиночних коробок для старої роботи в діапазоні від 18 до 20 кубічних дюймів занадто малі для справжньої наскрізної установки розетки MWBC. Коли кількість досягає 10 припусків при 12 AWG, вимога вже становить 22,50 кубічних дюймів.

Чому блоки приладів 10 AWG MWBC так швидко стають проблемою?

NEC Таблиця 314.16(B) призначає 2,50 кубічних дюймів для кожного припуску 10 AWG. Таким чином, коробка приладу з 11 допусками потребує 27,50 кубічних дюймів, а провідники фізично жорсткіші, через що коробки з точним обмеженням стає набагато важче чисто завершувати.

Як користувачам IEC застосовувати цю статтю, якщо їхні місцеві правила не використовують таблиці заповнення коробок NEC?

Використовуйте цифри як попередження про дизайн, а не як прямий юридичний тест. Системи на основі IEC все ще вимагають достатньої глибини корпусу та місця для кінцевих з’єднань для кількох активних провідників, безперервності нейтралі та захисних пристроїв. Мова стандартів відрізняється, але фізичні обмеження однакові.

Нижня лінія

Багатопровідна розгалужена схема

A може бути ефективною та абсолютно безпечною конструкцією, якщо фази розташовані правильно, засоби від’єднання є правильними, а безперервність нейтралі захищена. Але жодна з цих переваг не стирає математику корпусу. Коробка все ще повинна містити кожен підрахований провідник, кожне ярмо пристрою, допуск на затискачі та пучок заземлення відповідно до NEC 314.16.

Якщо кількість наближається до дозволеної межі, припиніть оптимізацію для мінімального матеріалу та почніть оптимізацію для чистої установки. Відкрийте Box Fill Calculator, перевірте розмір провідника в Wire Gauge Chart і виберіть поле, яке дає вам як відповідність коду, так і кімнату кінцевої з’єднання. Це різниця між ланцюгом, який просто проходить, і тим, що залишається експлуатаційним роками.