ตัวนำขนาน: ตรวจสอบความหนาแน่นกระแสและการแบ่งกระแสที่ไม่เท่ากัน

ความหนาแน่นกระแสเปรียบเทียบกระแสกับพื้นที่หน้าตัดตัวนำ ส่วนการคำนวณความต้านทานแบบขนานเปรียบเทียบเส้นทางไฟฟ้า การคำนวณอย่างใดอย่างหนึ่งเพียงลำพังไม่สามารถกำหนดพิกัดกระแสของสายเคเบิลหรืออนุญาตให้ต่อตัวนำขนานกันได้ หากจะใช้แบบจำลองเหล่านี้กับการจัดชุดที่เสนอ ให้ระบุตัวนำจริง สภาวะวงจร และหลักเกณฑ์การออกแบบก่อน

ความแตกต่างนี้สำคัญตรงช่องทางเข้าสายเคเบิล พื้นที่หน้าตัดโลหะของตัวนำเป็นตัวกำหนดการคำนวณทางไฟฟ้า ขณะที่เส้นผ่านศูนย์กลางสายเคเบิลหลังประกอบเป็นตัวกำหนดเคเบิลแกลนด์หรือซีลด้านหลัง ไม่สามารถหาค่าหนึ่งจากอีกค่าหนึ่งได้โดยถือว่าสายเคเบิลที่มีฉนวนทั้งเส้นเป็นตัวนำตัน

กำหนดพื้นที่ตัวนำและกระแสก่อน

สำหรับการกระจายกระแสสม่ำเสมอในอุดมคติ ความหนาแน่นกระแสเฉลี่ยคือ:

ใช้กระแส $I$ หน่วยแอมแปร์และพื้นที่หน้าตัดโลหะของตัวนำ $A$ หน่วย mm² เพื่อคำนวณความหนาแน่นกระแสเป็น A/mm² พื้นที่นี้ไม่รวมฉนวน เปลือกสาย ช่องอากาศระหว่างเส้นลวดฝอย หรือส่วนอื่นที่ไม่นำไฟฟ้า การมีตัวนำหลายเส้นในวงจรไม่ได้หมายความว่าจะนำพื้นที่หน้าตัดของตัวนำทุกเส้นมารวมเป็นพื้นที่ของเส้นทางกระแสเดียวได้โดยอัตโนมัติ

บันทึกว่าพื้นที่นั้นหมายถึงขนาดหน้าตัดระบุของตัวนำ หรือพื้นที่หน้าตัดโลหะที่วัดได้ IEC 60228:2023 ระบุพื้นที่หน้าตัดระบุของตัวนำ ตลอดจนข้อกำหนดด้านโครงสร้างและความต้านทานภายในขอบเขตของมาตรฐาน ขนาดระบุเป็นชื่อเรียกที่ใช้ร่วมกับข้อกำหนดเหล่านั้น จึงไม่ควรนำเสนอเสมือนเป็นการวัดอย่างแม่นยำของชิ้นทดสอบชิ้นใดชิ้นหนึ่ง

กระแส 24 A กับพื้นที่หน้าตัดที่ระบุ 4 mm² ให้ความหนาแน่นเฉลี่ย 6 A/mm² หากป้อนค่า 8 mm² การคำนวณได้ 3 A/mm² การเปรียบเทียบนี้แสดงว่ากระแสถูกปรับเทียบตามพื้นที่อย่างไร แต่ไม่คำนึงถึงการระบายความร้อน อุณหภูมิฉนวน การรวมกลุ่ม วิธีติดตั้ง หรือหน้าสัมผัสที่ใช้ต่อสาย

ต้องระบุสภาวะของกระแสให้ชัดเจนด้วย การคำนวณ DC กระแส RMS ที่ใช้เปรียบเทียบทางความร้อน และค่ายอดชั่วขณะมีจุดประสงค์ต่างกัน ที่ความถี่หรือขนาดตัวนำซึ่งกระแสกระจายไม่สม่ำเสมอ ค่าเฉลี่ยอย่างง่ายนี้ไม่สามารถอธิบายการกระจายกระแสเฉพาะจุดได้

เปรียบเทียบกับเกณฑ์ความหนาแน่นที่ป้อนเข้าไป

เครื่องคำนวณความหนาแน่นกระแสแสดงระยะเผื่อเทียบกับขีดจำกัดโครงการที่ป้อนเข้าได้ หากนำผลตัวอย่าง 6 A/mm² ไปเทียบกับหลักเกณฑ์ 7.5 A/mm² ที่มาจากแหล่งข้อมูลอิสระ ส่วนต่างทางคณิตศาสตร์คือ 1.5 A/mm² และอัตราการใช้เท่ากับ 80%

ผมจะระบุแหล่งที่มาของค่า 7.5 A/mm² ไว้ข้างการเปรียบเทียบ ค่านี้เป็นตัวอย่างสมมติที่ป้อนเข้ามา ไม่ใช่คำแนะนำทั่วไป การมีระยะเผื่อเป็นบวกเมื่อเทียบกับตัวเลขที่ไม่มีเอกสารรองรับไม่ได้เป็นหลักฐานว่าสายเคเบิลจะอยู่ภายในอุณหภูมิที่อนุญาต

เมื่อทบทวนตัวนำสองตัวเลือก ให้ใช้สภาวะกระแสเดียวกันและหลักเกณฑ์การเปรียบเทียบที่เกี่ยวข้องเดียวกัน หากหลักเกณฑ์เปลี่ยนตามโครงสร้างตัวนำหรือวิธีติดตั้ง ให้บันทึกการเปลี่ยนแปลงนั้นไว้อย่างชัดเจน มิฉะนั้นตารางเปรียบเทียบที่ดูเรียบร้อยอาจซ่อนสมมติฐานที่เข้ากันไม่ได้

ใช้สัดส่วนคงเหลือที่กำหนดเพียงครั้งเดียว

แบบจำลองความสามารถในการรับกระแสเบื้องต้นของเว็บไซต์คูณพื้นที่ด้วยความหนาแน่นกระแสออกแบบที่ป้อนให้และสัดส่วนคงเหลือ:

ในที่นี้ $J_d$ คือความหนาแน่นกระแสออกแบบที่ระบุ และ $\eta$ คือสัดส่วนที่คงเหลือหลังการปรับลดตามที่กำหนด สำหรับพื้นที่สมมติ 6 mm² หลักเกณฑ์ออกแบบที่ป้อนให้ 5 A/mm² และสัดส่วนคงเหลือ 80% ผลลัพธ์ก่อนปรับลดคือ 30 A และหลังปรับลดคือ 24 A

“คงไว้ 80%” กับ “ลดลง 80%” เป็นคำสั่งคนละแบบ แบบแรกใช้ $\eta=0.8$; แบบที่สองจะเหลือ 20% ให้ยืนยันความหมายของข้อความก่อนป้อนค่าเปอร์เซ็นต์

ตรวจสอบว่าความหนาแน่นกระแสออกแบบรวมค่าปรับลดด้านความร้อนหรือการรวมกลุ่มที่เกี่ยวข้องไว้แล้วหรือไม่ การใช้ค่าปรับเดียวกันซ้ำอีกครั้งจะทำให้การเปรียบเทียบคลาดเคลื่อน ควรรวมตัวประกอบการปรับลดหลายตัวเฉพาะตามวิธีที่กำหนดไว้ ไม่ใช่นำเปอร์เซ็นต์ที่สะดวกจากเอกสารคนละฉบับมาคูณกัน

แบบจำลองนี้มีประโยชน์เมื่อมีหลักเกณฑ์โครงการจากแหล่งที่เชื่อถือได้เพื่อกำหนดค่าป้อนเข้า แต่ไม่สามารถสร้างหลักเกณฑ์นั้นขึ้นจากพื้นที่เพียงอย่างเดียว คู่มือเลือกขนาดสายไฟอธิบายการตัดสินใจแยกกันด้านวงจร หน้าสัมผัส และการซีล

คำนวณความต้านทานอุดมคติสำหรับเส้นทางขนานที่เหมือนกัน

สำหรับเส้นทางตัวต้านทานที่เหมือนกัน $n$ เส้น แต่ละเส้นมีความต้านทาน $R$ และต่ออยู่ระหว่างโหนดสองจุดเดียวกัน:

จำนวนเส้นทางต้องเป็นจำนวนเต็มบวก การแบ่งกระแสเท่ากันเป็นผลจากความต้านทานเท่ากันและแรงดันเท่ากันระหว่างแขนง คู่มือวงจรขนานของ RMIT University อธิบายความสัมพันธ์ของวงจรขนานนี้ เราสามารถใช้ความสัมพันธ์ดังกล่าวกับแบบจำลองเส้นทางตัวนำในอุดมคติที่ระบุไว้อย่างชัดเจน

ในตัวอย่างของเรา แต่ละเส้นทางมีความต้านทาน 0.060 Ω และเส้นทางที่เหมือนกันสามเส้นรับกระแสรวม 30 A ความต้านทานสมมูลคือ 0.020 Ω และแต่ละเส้นรับกระแส 10 A แรงดันตกคร่อมร่วมกันคือ 0.60 V ให้คงขอบเขตเส้นทางที่นำมารวมในการคำนวณความต้านทานให้สอดคล้องกัน: ความต้านทานของตัวนำขาไปทางเดียวไม่เท่ากับความต้านทานของวงจรขาไปและขากลับครบวงจรโดยอัตโนมัติ

เครื่องมือความต่อเนื่องทางไฟฟ้าเครื่องคำนวณความต้านทานตัวนำต่อขนานป้อนค่าความต้านทานของเส้นทางไฟฟ้าที่กำหนดขอบเขตไว้ครบถ้วนหนึ่งเส้น จำนวนเส้นทางขนานที่เหมือนกันซึ่งเป็นจำนวนเต็ม และกระแสรวม สมมติว่ามีการแบ่งกระแสเท่ากัน ให้ตรวจสอบโครงสร้างที่อนุญาตจริงและอิมพีแดนซ์ของแต่ละแขนงแยกต่างหากReq = R1 / nความต้านทานตัวนำเดี่ยวจำนวนตัวนำขนานกระแสรวมเปิดเครื่องคำนวณ ->

ความหมายของ “เหมือนกัน” ในที่นี้ครอบคลุมวัสดุ พื้นที่ ความยาว อุณหภูมิ และส่วนของความต้านทานที่เกิดจากจุดต่อตามขอบเขตที่เลือก ความสัมพันธ์ของตัวนำสม่ำเสมอ $R=\rho L/A$ อธิบายว่าเหตุใดความยาว พื้นที่ และวัสดุจึงสำคัญ หนังสือ NBS ตารางลวดทองแดง แสดงความสัมพันธ์นี้และบริบทของความต้านทานที่ขึ้นกับอุณหภูมิ ข้อมูลความต้านทานของสายจริงอาจมีประโยชน์กว่าการคำนวณจากหน้าตัดตันในอุดมคติ

แสดงผลของแขนงที่ไม่เท่ากันต่อการแบ่งกระแส

เส้นทางสองเส้นไม่จำเป็นต้องแบ่งกระแสเท่ากันเพียงเพราะดูคล้ายกัน สำหรับแขนงตัวต้านทานที่มีแรงดันเท่ากัน:

พิจารณาเส้นทางสมมติสองเส้นที่มีความต้านทาน 0.020 Ω และ 0.030 Ω รับกระแสรวม 30 A ความต้านทานสมมูลคือ 0.012 Ω จึงมีแรงดันตกคร่อมร่วมกัน 0.36 V เส้นทางที่มีความต้านทานต่ำกว่ารับกระแส 18 A และอีกเส้นรับ 12 A การสมมติว่าแต่ละเส้นรับ 15 A จะทำให้พลาดแขนงที่มีโหลดสูงกว่า

นี่คือแบบจำลองวงจร ไม่ใช่ข้อเสนอแนะการต่อขั้ว ผมจะตรวจตัวนำและจุดต่อจริงว่ามีความยาว พื้นที่ ความต้านทานหน้าสัมผัส และอุณหภูมิที่ไม่เท่ากันหรือไม่ สำหรับระบบ AC อิมพีแดนซ์และการจัดวางอาจมีความสำคัญพอ ๆ กับความต้านทาน DC เครื่องคำนวณเส้นทางที่เหมือนกันไม่ได้จำลองความแตกต่างเหล่านี้

เส้นทางสายเคเบิลแบบขนานเป็นคนละสิ่งกับสตริงแหล่งจ่ายไฟฟ้าโซลาร์เซลล์แบบขนาน กระแสต้นทาง ระบบป้องกัน และกฎของคอนเน็กเตอร์ในแผง PV ไม่ควรถูกแทนด้วยแบบจำลองการแบ่งกระแสของตัวนำในอุดมคติข้างต้น สำหรับการสูญเสียในสายเคเบิลและหน้าสัมผัสที่กระจายตลอดเส้นทาง คู่มือแรงดันตกจะกำหนดขอบเขตความต้านทานไว้อย่างชัดเจน

แยกการตัดสินใจด้านความร้อนและการป้องกันให้ชัดเจน

การคำนวณเบื้องต้นควรใช้ร่วมกับวิธีออกแบบทางไฟฟ้าที่เลือกใช้ และใช้แทนวิธีนั้นไม่ได้ IEC 60287-1-1:2023 ครอบคลุมการคำนวณพิกัดกระแสของสายเคเบิลภายใต้สภาวะคงตัวที่ระบุ และกำหนดให้ใช้พารามิเตอร์ด้านโครงสร้างและสิ่งแวดล้อม ขอบเขตของมาตรฐานแสดงให้เห็นว่าเหตุใดตัวเลขความหนาแน่นกระแสเพียงค่าเดียวจึงไม่เพียงพอ

จุดต่อมีขีดจำกัดกระแสและอุณหภูมิของตัวเอง IEC 60512-5-2:2002 อธิบายการทดสอบลดพิกัดตามกระแสและอุณหภูมิสำหรับส่วนประกอบไฟฟ้ากล เช่น คอนเน็กเตอร์โดยเฉพาะ การเปรียบเทียบตัวนำไม่ได้ยืนยันความสามารถในการรับกระแสที่ทดสอบแล้วของคอนเน็กเตอร์ หรือยืนยันว่าขั้วต่อรับตัวนำหลายเส้นได้

การจัดชุดที่เสนอทำให้เกิดคำถามแยกกันดังนี้:

ความต้านทานสมมูลที่ต่ำลงอาจลดแรงดันตกเมื่อกระแสรวมคงที่ แต่ไม่ได้เพิ่มกระแสที่อนุญาตเป็นสองเท่าหรืออนุญาตให้ประกอบชุดใหม่โดยอัตโนมัติ ก่อนเลือกการจัดชุด ให้เปรียบเทียบประโยชน์ดังกล่าวกับข้อกำหนดทั้งหมดด้านความร้อน การป้องกัน และอินเทอร์เฟซ

บทสรุป

ความหนาแน่นกระแสเป็นการเปรียบเทียบแบบปรับตามพื้นที่ที่มีประโยชน์เมื่อระบุพื้นที่ สภาวะกระแส และหลักเกณฑ์การเปรียบเทียบอย่างชัดเจน ความหนาแน่นกระแสออกแบบและสัดส่วนคงเหลือที่ป้อนให้ช่วยประมาณค่าเบื้องต้นได้ ส่วนเส้นทางขนานที่เหมือนกันให้แบบจำลองอย่างง่ายสำหรับความต้านทานและการแบ่งกระแส ผลลัพธ์แต่ละค่าต้องผูกกับสมมติฐานที่ใช้คำนวณ

สิ่งที่ต้องตรวจสอบเป็นหลักยังคงได้แก่พิกัดจริงของสายเคเบิล การจัดขนานที่อนุญาต พฤติกรรมของแขนง และความสามารถของจุดต่อ คุณใช้การคำนวณเพื่อค้นหาเส้นทางที่ไม่เท่ากันหรือตัวหารที่ผิดได้ โดยไม่ให้การคำนวณอนุมัติวงจรทั้งชุด ที่ตัวเรือน ให้ตรวจสอบเส้นผ่านศูนย์กลางสายจริงและเรขาคณิตช่องทางเข้าแยกจากพื้นที่หน้าตัดโลหะของตัวนำ

คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับความหนาแน่นกระแสและตัวนำขนาน

ความหนาแน่นกระแสเท่ากับพิกัดกระแสของสายเคเบิลหรือไม่?

ไม่ใช่ ความหนาแน่นกระแสคำนวณจากกระแสหารด้วยพื้นที่หน้าตัดของตัวนำ พิกัดกระแสหรือกระแสที่อนุญาตขึ้นอยู่กับวิธีออกแบบที่ใช้และเงื่อนไขต่าง ๆ เช่น โครงสร้างสายเคเบิล อุณหภูมิฉนวน การระบายความร้อน การรวมกลุ่ม และวิธีติดตั้ง ผมใช้การเปรียบเทียบความหนาแน่นเฉพาะเมื่อระบุหลักเกณฑ์การออกแบบไว้แล้ว ผลลัพธ์เพียงอย่างเดียวไม่อาจกำหนดกระแสที่อนุญาตของวงจรได้

การเพิ่มพื้นที่หน้าตัดตัวนำเป็นสองเท่าทำให้กระแสที่อนุญาตเพิ่มเป็นสองเท่าเสมอหรือไม่?

ไม่ใช่ การเพิ่มพื้นที่เปลี่ยนค่าที่ใช้คำนวณความหนาแน่นและโดยทั่วไปยังเปลี่ยนความต้านทานด้วย แต่พฤติกรรมทางความร้อนและเงื่อนไขการติดตั้งยังเป็นตัวกำหนดพิกัดกระแส ตัวนำที่ใหญ่ขึ้นยังต้องพอดีกับหน้าสัมผัส ขั้วต่อ และการจัดชุดสายเข้าของจริงด้วย การคูณพื้นที่ด้วยตัวคูณอย่างง่ายไม่ใช่วิธีกำหนดขนาดที่ครบถ้วน

เมื่อใดจึงหารความต้านทานของตัวนำหนึ่งเส้นด้วยจำนวนเส้นทางได้?

ทำได้เมื่อเส้นทางเหล่านั้นเหมือนกันภายในขอบเขตเส้นทางที่กำหนดให้รวมในการคำนวณความต้านทาน และต่ออยู่ระหว่างโหนดสองจุดเดียวกัน การแบ่งกระแสเท่ากันยังตั้งอยู่บนสมมติฐานว่าเงื่อนไขของแต่ละแขนงเท่ากัน ผมตรวจสอบความยาว วัสดุ พื้นที่ อุณหภูมิ และจุดต่อ การคำนวณนี้ไม่ได้อนุญาตให้เดินวงจรขนานหรือรวมตัวนำหลายเส้นเข้าขั้วเดียวโดยอัตโนมัติ

การกรอกค่าปรับลด 80% หมายความว่ากระแสลดลง 80% หรือไม่?

ไม่ใช่ในเครื่องคำนวณที่ช่องป้อนระบุสัดส่วนที่คงเหลือ สัดส่วนคงเหลือ 80% ทำให้ผลที่ไม่ได้ปรับลดเหลือสี่ในห้า หรือเท่ากับลดลง 20% ผมอ่านป้ายกำกับช่องป้อนพร้อมกับคำแนะนำจากแหล่งที่มา แล้วตรวจว่ามีการรวมค่าปรับนั้นไว้ในหลักเกณฑ์การออกแบบแล้วหรือไม่ก่อนนำมาใช้

แหล่งข้อมูลและเอกสารอ้างอิงทางเทคนิค

• IEC 60228:2023 — ตัวนำของสายเคเบิลหุ้มฉนวน เข้าถึงเมื่อ 2026-10-22
• RMIT University — วงจรขนาน เข้าถึงเมื่อ 2026-10-22
• NBS Handbook 100 — ตารางลวดทองแดง เข้าถึงเมื่อ 2026-10-22
• IEC 60287-1-1:2023 — สายเคเบิลไฟฟ้า: การคำนวณพิกัดกระแส เข้าถึงเมื่อ 2026-10-22
• IEC 60512-5-2:2002 — การทดสอบความสามารถในการรับกระแส: การลดพิกัดตามกระแสและอุณหภูมิ เข้าถึงเมื่อ 2026-10-22

ผลิตภัณฑ์

• เคเบิลแกลนด์