ПУЕ і NEC (USA): розрахунок електричної лінії

Порівняння ПУЕ-2017 та NEC 2026: розрахунок кабелю, автомата, падіння напруги та вибір труби для прокладання електричної лінії.

Електроустановки в Україні та США проєктуються за різними нормативними системами, які мають спільну мету — забезпечити безпечну та надійну роботу електричних мереж і обладнання та передачі електроенергії (електрика). В Україні основним документом є Правила улаштування електроустановок (ПУЕ), а у США — National Electrical Code (NEC), відомий також як NFPA 70.

У цій статті порівняємо ПУЕ-2017 та NEC 2026, буде розглянуто відмінності в підходах до проєктування, вибору кабелів і апаратів захисту, на прикладі розрахунку електричної лінії.

Для порівняння прийму вихідні дані:

• система — 1-фазна;
• U = 230 В;
• P = 10 кВт = 10000 Вт;
• cos φ = 1;
• L = 50 м (150 футів)  - довжина лінії;
• температура навколишнього середовища — 20 °C (68 °F);
• максимальна температура жили — 65 °C (149 °F);
• мідь - матеріал провідника;
• одна лінія в одній металевій трубі;
• для захисного провідника передбачаємо PE (Ground);

Розрахункова схема електричної лінії

Також важливий нюанс: ПУЕ та NEC по-різному трактують тривале навантаження. У NEC для безперервного навантаження застосовується коефіцієнт 125%, тоді як у наведеному розрахунку за ПУЕ струм навантаження без такого множника порівнюється з допустимим тривалим струмом провідника. NEC також має рекомендацію щодо падіння напруги 3% для фідерів (feeders), i 2% для відгалуджень (branches), разом 5%. В ПУЕ у споживача допускається відхилення 10% від номінальної напруги (визначається не лише у ПУЕ, а і у пункті 11.4.6 глави 11.4 розділу XI Кодексу систем розподілу). Також в Україні та США різні рівні напруг. Наприклад у США -120 В, 208 В, 240 В, 277 В, 480 В; в Україні - 220 В, 380 В. Саме тому для більш об'єктивного порівняння вибрано напругу 230 В.

---

1. Розрахунок та вибір за ПУЕ

1.1. Розрахунковий струм

Для активного однофазного навантаження:

I = P / (U * cosφ)​

Оскільки cos φ = 1:

I = 10000 Вт / 230 В ​= 43,47 А

Розрахунковий струм навантаження:

Iр ​= 43,47 А​

---

1.2. Вибір перерізу за допустимим тривалим струмом

Для ПУЕ таблиця 1.3.4 задає допустимі тривалі струми для мідних провідників із гумовою або ПВХ ізоляцією. Табличні значення прийняті для температури жили 65 °C та температури навколишнього повітря 25 °C (пункт 1.3.8 ПУЕ). Для однофазного навантаження маємо два робочі провідники (фазний провідник і нейтраль) та 1 заземляючий. Тобто провід - трижильний, але робочі провідники лише 2. Тому вибір провідника проводиться як для двожильного.

З таблиці 1.3.4 вибираємо трижильний провід з перерізом 10 мм² з допустимим струмом 55 А, прокладений в трубі (підходить також переріз 8 мм², але він не випускається промисловістю).

При температурі навколишнього середовища 20 °C для граничної температури жили 65 °C поправочний коефіцієнт (таблиця 1.3.10):

Kt​ = 1,06

Тоді

Iдоп ​= 55 А × 1,06 = 58,3 А.

За умовою нагріву :

58,3 А > 43,47 А.

Тобто 10 мм² за нагрівом проходить.

Наступним етапом необхідно перевірити падіння напруги.

---

1.3. Перевірка падіння напруги

Для однофазної лінії:

$$\Delta U=2\; *I*$$ρ65 * L / S

де ρ65 - питомий опір провідника при температурі 65 °C, Ом⋅мм²/м;

L - довжина лінії, м;

S - переріз жили проводу, мм².

Для міді при температурі жили 65 °C питомий опір приблизно:

ρ65 ​≈ 0,0203 Ом⋅мм²/м

Тоді:

ΔU = $$2\; *I*$$ρ65 * L / S = 2 * 43,47 А * 0,0203 (Ом⋅мм²/м) * 50 м / 10 мм² = 8,83 В

або у відсотках​

ΔU% = (ΔU / U) * 100 % = (9,23 В / 230 В) * 100 % = 3,84 %                             

Для звичайної силової лінії це прийнятний результат, якщо саме ця 50-метрова лінія є основною ділянкою, на якій допускається близько 5% падіння. Водночас фактичний запас треба оцінювати з урахуванням падіння напруги на попередніх ділянках мережі. ПУЕ-практика орієнтується на допустиме відхилення напруги у споживача; часто для окремої лінії приймають 5% як розрахунковий орієнтир. Для спрощення вважатимемо, що це основна лінія від джерела живлення до споживача.

Тому вибираємо кабель з мідними жилами ВВГнг 3×10 мм² .​

---

1.4. Вибір металевої труби

Відповідно до ПУЕ 2.1.10 сума перерізів проводів і кабелів, розрахованих за їх зовнішніми діаметрами, включаючи ізоляцію і зовнішні оболонки, не має перевищувати: для глухих коробів 35 % перерізу короба в просвіті. Для спрощення використаємо таблиці співвідношення зовнішнього діаметра кабелю з трубами та металорукавами.

Для кабелю ВВГнг 3×10 мм² приймаємо трубу DN32 / труба 32 мм.​

Перевіримо вибір.

За даними виробника зовнішній діаметр кабелю становить 14,55 мм. Внутрішній діаметр труби з урахуванням товщини стінок приймемо 27 мм. Площі кабелю та труби співвідносяться як квадрати їх діаметрів

(dк² / dт²) * 100% = (14,55² / 27²) * 100 % = 29 % 

Тобто вибір відповідає умові ПУЕ 2.1.10 (менше 35 %).

---

1.5. Автоматичний вимикач за ПУЕ

Розрахунковий струм:

Ip ​= 43,47 А

Кабель 3×10 мм² має допустимий тривалий струм приблизно:

Iдоп ​= 58,3 А

Тому найближчий стандартний автомат на номінальний струм уставки 50 А​

Умови:

Ip = 43,47 А ​≤ In = 50 А​ ≤ Iдоп = 58,3 А

Умова виконується.

Для активного навантаження  вибираємо 2-полюсгий автоматичний вимикач 50 А з характеристикою вимикання В. ​Розрахунок струмів КЗ не проводився, але характеристики В зазвичай достатньо для несилових навантажень (наприклад, нагрівальне та освітлювальне обладнання).

---

Підсумок за ПУЕ

Розрахунковий струм навантаження: Iр ​= 43,47 А

кабель з мідними жилами ВВГнг 3×10 мм²  та Iдоп ​= 58,3 А.

Спад напруги ΔU =  8,83 В = 3,84 %  

Автоматичний вимикач - 2-полюсний автоматичний вимикач 50 А з характеристикою вимикання В.

---

2. Розрахунок та вибір за NEC 2026 — USA

У NEC безперервне навантаження — це навантаження, яке працює протягом 3 годин або більше, і для нього струм при виборі провідників та захисту береться з коефіцієнтом 125%. NEC 210.20(A) прямо вимагає для безперервного навантаження не менше 125% його струму, якщо захисне обладнання не має спеціального 100%-го рейтингу.

2.1. Струм навантаження

Фізично струм (FLA - full load ampacity, повний струм навантаження) той самий:

I = FLA = 10000 / 230 ​= 43,47 А

Але для NEC розрахунковий струм (MCA - Minimum Circuit Ampacity, мінімальний струм (ампераж) кола):

Iр = MCA ​= 125 % × 43,47 A ​= 54,34А​

Саме 54,34 А буде базовим струмом для вибору автоматичного вимикача та мінімального струму (ampacity) провідників.

---

2.2. Вибір провідника

У NEC стандартні температурні колонки — 60, 75 і 90 °C. Окремої стандартної колонки 65 °C немає. Тому, якщо задано максимальну температуру жили 65 °C, консервативний підхід — перевіряти її за колонкою 60 °C, не використовуючи більш високий температурний рейтинг як дозвіл перевищувати задані 65 °C.

При температурі навколишнього середовища 20 °C температурний коефіцієнт (Ambient Temperature Correction Factor) для 60 °C провідника становить (NEC Table 310.15(B)(1)(1)):

Kt​=1,15

Для мідного провідника відповідно до NEC Table 310.16 вибираємо провід #6 AWG Cu з допустимим струмом 55 А. 

З урахуванням температурного коефіціента струм (Corrected Ampacity )

I = 55 A * 1.15 = 63.25 A

I  = 63,25 A > MCA = 54,34 А

Тобто провід відповідає умовам вибору по нагріву.

---

2.3. Перевірка падіння напруги NEC

NEC 215.4(А)(2) Informational Note No. 2 рекомендує для окремого branch circuit падіння напруги (Voltage Drop) не більше 3%, а сумарно feeder + branch — не більше 5%. Це інформаційні примітки, тобто для більшості звичайних установок це рекомендація, а не жорстка вимога. Візьмемо для розрахунку 5 %.

Для 230 В:

ΔU5%​ = 230×0,05 = 11.5 В

Для #6 AWG при фактичному навантаженні 43,47 А падіння напруги:

ΔU = 2 * I * ρ75 * L

де ρ75 = 1,608 Ом/км або 0,491 Ом/кфт (Ohm/kft) - питомий опір провода відповідно до Table 8 CHAPTER 9;

L = 50 м = 0,05 км або 150 фт = 0,15 кфт.

Так як температура провода 65 °C, то проводимо перерахунок питомого опору

                                                  ρ65 = ρ75 [1 + a (T2 - 75)], 

де а = 0,00323 - температурний коефіціент міді

 ρ65 = ρ75 [1 + a (T2 - 75)] =  1,608 [1 + 0,00323 * (65 - 75)] = 1,556 Ом/км

Тоді падіння напруги

ΔU = 2 * I * ρ65 * L = 2 * 43,47 А * 1,556 * 0,05 = 6,76 В

або у відсотках​

ΔU% = (ΔU / U) * 100 % = (7,07 В / 230 В) * 100 % = 2,94 %              

ΔU = 6,76 В = 2,94 %

Тобто #6 AWG:

• за ampacity — проходить;
• за рекомендованим 5% voltage drop — проходить.

---

2.4. Автомат по NEC

Розрахунковий безперервний струм:

MCA = 56,82А

Наступний стандартний номінал - 60А.

​Отже:

2-pole 60 A circuit breaker​

Для 220/240 В однофазного навантаження у типовій американській системі це буде двополюсний автомат, який відключає обидва робочі провідники - фазний та нульовий (ungrounded conductors).

---

2.5. Заземляючий провідник EGC

За NEC Table 250.122 для автоматичного вимикача 60 А мінімальний мідний заземляючий провідник (equipment grounding conductor - EGC): #10 AWG Cu​

Остаточно розмір провідників (feeder size):

2 × #6 AWG Cu + 1 × #10 AWG Cu EGC

---

2.6. Металева труба за NEC

Використаємо EMT - Electric Metallic Tube (електрична металева труба).

NEC Chapter 9 встановлює максимальне заповнення труби:

• 1 провідник — 53%;
• 2 провідники — 31%;
• 3 і більше — 40%.

Для нашої схеми маємо:

• L1 — #6 Cu;
• L2 — #6 Cu;
• EGC — #10 Cu.

Тобто три провідники, і використовується ліміт 40%.

Площі за NEC Chapter 9 Table 5 для THWN-2 приблизно:

• #6 THHN — 0,0507 in²;
• #6 THHN — 0,0507 in²;
• #10 THHN — 0,0211 in².

Сумарно:

$$A=0,0507+0,0507+0,0211$$ =0,1225 in2

Необхідна площа труби:

Aтр​ = 0,1225 / 0,4 = 0,30625 in2

Практично це дозволяє використати trade size 3/4" EMT (Table 4 CHAPTER 9) - 0,75 дюйми. ​

---

Порівняння результатів

Параметр	ПУЕ	NEC 2026
Потужність	10 кВт	10 кВт
Напруга	230 В	230 В
cos φ	1	1
Фактичний струм	43,47 А	43,47 А
Коефіцієнт тривалого навантаження	1,0	1,25 (125 %)
Розрахунковий струм для захисту	43,47 А	54,34 А
Вибраний переріз	10 мм²	#6 AWG
Захисний провідник	PE у кабелі 10 мм²	#10 AWG EGC
Автомат	2P 50 A або 1P 50 A	2P 60 A
Падіння напруги	3,84 %	2,94 %
Труба	DN32	3/4" EMT

Висновок

Цікавий результат: NEC не обов'язково вимагає набагато більшого кабелю через саму потужність. Його збільшує насамперед правило 125% для безперервного навантаження. 

За ПУЕ оптимальним варіантом для поставленої задачі оптимально ВВГнг-LS 3×10 мм² + автомат 50 А + металева труба DN32. 

За NEC 2026 для аналогічної лінії - 2×#6 AWG Cu THHN/THWN-2 + #10 AWG EGC, 60 A 2-pole breaker, 3/4" EMT.