VFD ケーブルのサイズ設定: 可変周波数ドライブのケーブルのサイズを決定する方法

簡単な答え: VFD ケーブルのサイズを決める方法

ほとんどの VFD 設置では、 ケーブルのサイズは、ドライブの連続出力電流定格、ケーブル長、VFD の PWM 出力によって生成される高周波スイッチング環境の 3 つの要素によって決まります。 まず、NEC 430.22 に基づくモーターの全負荷アンペア (FLA) 定格の 125% 以上の電流容量を持つケーブルを選択します。 50 フィートを超える距離を走行する場合は、電圧降下も考慮します。常に VFD デューティ専用に定格されたケーブルを使用してください。標準の THHN または一般的なモーター ケーブルは、VFD 回路内で早期に故障します。

クイックリファレンス: 約 14A の FLA を備えた 10馬力、460V モーターには通常、次のものが必要です。 #12 AWG VFD 定格ケーブル (100 フィート未満の配線用) 、電圧降下を 3% 未満に抑えるために、より長い実行では #10 AWG にステップアップします。

VFD ケーブルが標準のモーター ケーブルと異なる理由

可変周波数ドライブは、滑らかな正弦波をモーターに供給しません。通常、次の範囲のキャリア周波数でスイッチングするパルス幅変調 (PWM) 出力を生成します。 2kHz～16kHz 。これにより、時間の経過とともに通常のワイヤが破壊される状況が生じます。

• 高いdV/dt（電圧上昇率）： 電圧スパイクは 480V システムでは 1,600V を超える可能性があり、スイッチング イベントごとに絶縁にストレスがかかります。
• コモンモード電流: 高周波ノイズはケーブルのシールド導体と接地導体を伝わり、漏れ電流を引き起こし、モーターのベアリングに損傷を与える可能性があります。
• 容量結合: 長いケーブルはコンデンサとして機能し、共振の問題やドライブの地絡保護の迷惑なトリップを引き起こす可能性があります。
• 反射波電圧： 約 50 ～ 100 フィートを超えるケーブルでは、反射波現象によりモーター端子で見られる電圧がほぼ 2 倍になる可能性があります。

電線管内の標準的な THHN ワイヤは、これらの影響に対するシールドを提供しません。 VFD 定格ケーブル (「VFD ケーブル」、「インバータ負荷ケーブル」、または「XHHW-2 VFD ケーブル」として販売されることもあります) は、低静電容量構造、対称接地導体、およびこの環境向けに特別に設計された連続フォイルと編組シールドを使用しています。

段階的な VFD ケーブルのサイジング方法

ステップ 1 — モーターの全負荷アンペア定格を特定する

ドライブの入力電流定格ではなく、常にモーターの銘板 FLA を使用してください。 20馬力、460V、三相モーターの場合、NEC テーブル 430.250 の値はおよそ 27A .

ステップ 2 — 125% 連続使用率乗数を適用する

NEC 430.22(A) に従って、連続使用で使用される単一モーターに電力を供給する導体は、少なくとも次の電流容量を持たなければなりません。 モーターの FLA の 125% 。 27A の例: 27 × 1.25 = 33.75Aの最小電流が必要 .

ステップ 3 — ベースワイヤゲージの選択

NEC 表 310.16 (電線管内 75°C の THWN-2) より、少なくとも 33.75A が必要です #10 AWG 銅 (定格35A)。ただし、VFD ケーブルのシールド構造により、屋外の THHN 定格と比較して電流容量が 10 ～ 15% 低下する可能性があるため、必ず VFD ケーブル メーカーの電流容量表と照合してください。

ステップ4 — 稼働期間中の電圧降下を確認する

標準的な電圧降下式を使用します。 VD = (2 × K × I × L) / CM ここで、K = 12.9 (銅)、I = 負荷電流 (アンペア)、L = 片道の長さ (フィート)、CM = 導体のサーキュラーミルです。

#10 AWG (10,380 CM) で 27A で 150 フィートの動作の場合: VD = (2 × 12.9 × 27 × 150) / 10,380 ≈ 10.1V 、これは 460V の 2.2% であり、許容可能です。 300 フィートでは、同じワイヤの降下率は 4.4% であり、推奨される 3% のしきい値を超えており、次のアップグレードが必要です。 #8 AWG .

ステップ 5 — ドライブのディレーティング条件を考慮する

ケーブルが周囲温度の高い領域 (75°C 定格ケーブルの場合は 30°C 以上) を通過する場合は、NEC 表 310.15(B)(1) の補正係数を適用します。周囲温度 40°C では、補正係数は 0.88 です。つまり、定格 35A の導体は現在、次の用途にのみ適しています。 30.8A連続 。それに応じて再計算し、必要に応じてサイズを大きくします。

VFD ケーブル サイズ早見表

最大ケーブル長と反射波の問題

ケーブルの長さは電圧降下の問題だけではなく、モーターの絶縁寿命に直接影響します。 VFD 出力パルスが長いケーブルを伝わってモーター端子に到達すると、インピーダンスの不整合により波が反射して戻ります。入射波と反射波が加算され、 480V システムでは端子電圧が 2 倍の 1,000V 近くになる可能性があります。 .

実践的なガイドラインとしては次のとおりです。

• 50 フィート未満: 反射波の影響は最小限です。適切なシールドが施された標準の VFD ケーブルで十分です。
• 50 ～ 300 フィート: シールド付き VFD ケーブルを使用し、ドライブ出力に負荷リアクトルまたは dV/dt フィルタを考慮してください。
• 300 フィートを超える場合: モーター巻線を繰り返しの高電圧スパイクから保護するために、正弦波フィルターを使用することを強くお勧めします。

キャリア周波数を 8 kHz から 2 kHz に下げると、スイッチング過渡現象の速度も低下し、非常に長時間の運転に役立ちますが、可聴モーターノイズが発生する可能性があります。

VFD ケーブルのシールド、接地、および EMI 制御

VFD の設置ではシールドはオプションではありません。これは、近くの制御システム、PLC、センサーを妨害する可能性のある放射電磁干渉 (EMI) に対する主な防御手段です。

シールド構造

のケーブルを探します。 最低 85% の編組被覆率 内側のフォイル層を加えます。二重層フォイルと編組シールドは、どちらかの層のみよりも優れた高周波減衰を実現します。一部の VFD ケーブルには、シールドの代わりに (またはシールドに加えて) 対称的に配置された 3 本のグランド導体が含まれており、これによりコモンモード ノイズがさらに低減されます。

グラウンディングのベストプラクティス

• シールドを次の位置で終了します 両端 — ドライブエンクロージャとモーターコンジットボックスで。シングルエンド接地は、高周波 VFD ノイズに対して不十分です。
• ピグテール ワイヤではなく、360° シールド終端クランプまたは EMC ケーブル グランドを使用します。 2 インチほど短いピグテールは、高周波で大幅なインピーダンスを追加します。
• VFD 出力ケーブルを制御配線から少なくとも物理的に離してください。 12インチ 。交差する必要がある場合は、90°の角度で交差させてください。
• VFD 出力ケーブルを信号線や他の電源回路と同じ導管に通さないでください。

入力ケーブルのサイズ設定: パネルから VFD までのドライブ

パネルからの入力ケーブルまたは VFD への接続ケーブルは、出力ケーブルとは異なる規則に従います。ドライブへの入力電流は通常、 モーター FLA より 10 ～ 15% 高い これは、ドライブの効率損失とドライブの AC 入力の非正弦波特性によるものです。

開始点として、モーターの FLA ではなく、メーカーのデータシートにあるドライブの入力電流仕様を使用します。 NEC 430.22 に従って、同じ 125% の連続使用乗数を適用します。金属導管内の標準 THHN 銅は入力側に使用できます。シールド付き VFD ケーブルは出力 (ドライブからモーター) 側でのみ必要です。

共有分配システムで高調波歪みが懸念される場合は、 3% または 5% ラインリアクトル 入力側です。これにより、ドライブを過渡電圧から保護し、ドライブの変位力率も向上します。

避けるべき一般的な VFD ケーブル サイズの間違い

• 標準モーターケーブルを使用する場合: THHN または SO コードは、VFD PWM 出力下では急速に劣化します。ケーブル接続が不適切な場合、絶縁不良は 1 ～ 3 年以内に発生することがよくあります。
• 電線管充填ディレーティングを無視する: 同じ導管内で 4 つ以上の通電導体を実行するには、NEC 表 310.15(C)(1) に基づく定格軽減係数が必要です。電線管内の導体が 4 本の場合、電流容量を 0.80 倍する必要があります。
• NEC 最小値のみのサイジング: NEC はエンジニアリングの最適値を設定するのではなく、下限を設定します。重要なアプリケーションや連続使用のアプリケーションの場合、AWG を 1 つ大きくすると、熱が低減され、効率が向上し、ケーブル寿命が大幅に延長されます。
• 接地導体を見下ろす: VFD ケーブルの接地導体は、過電流デバイスの定格に基づいて、NEC 表 250.122 に従ってサイズを決定する必要があります。相導体ゲージに自動的に一致するわけではありません。
• 最大ケーブル静電容量を超えています: 一部のドライブでは、最大許容ケーブル静電容量 (0.5 µF など) が指定されています。この値を超えると、過電流フォルトが発生する可能性があります。長期インストールを完了する前に、必ずドライブのデータシートでこの制限を確認してください。

概要: VFD ケーブル サイズのチェックリスト

1. 銘板または NEC 表 430.250 からモーターの FLA を決定します。
2. FLA × 1.25 を乗算すると、最小必要電流容量 (NEC 430.22) が得られます。
3. 設置場所の周囲温度でその電流容量を満たす、またはそれを超える VFD 定格のシールド ケーブルを選択してください。
4. 実際の実行期間の電圧降下を計算します。低下が 3% を超える場合は、導体を大きくしてください。
5. 複数の回路が電線管を共有する場合は、電線管充填ディレーティング係数を適用します。
6. ドライブの最大許容ケーブル静電容量に対してケーブルの静電容量仕様を確認してください。
7. 150 フィートを超える動作の場合は、ドライブ出力での dV/dt フィルタまたは負荷リアクトルの必要性を評価します。
8. シールドを次の位置で終了します both ends using 360° grounding hardware.
9. VFD 出力ケーブルを信号および制御配線から少なくとも 12 インチ離して配線します。

VFD ケーブルのサイズを最初から適切に設定することで、早期のモーター絶縁不良、迷惑なトリップ、EMI 干渉、およびコストのかかる再配線を防止できます。 適切な定格と適切なサイズの VFD ケーブルの追加コストは、故障したモーターやドライブのコストよりも常に低くなります。