Защо размерът на защитния провод е по-малък от токовия провод

Размер на земната жица - разглеждания

Размерът на земната жица не е задължително да съвпада с размера на силовата (фазна или гореща) жица. Въпреки това, нейните размери трябва стриктно да спазват правилата, изложени в електрическите нормативи, като например Националния електрически кодекс (NEC) в САЩ. Няколко ключови фактора влияят върху подходящия размер на земните жици:

Въпреки че това не е обичайно явление, в ситуации, в които дължината на проводниците е голяма, или когато намаляването на импеданса е от ключово значение, размерът на земната жица може да трябва да бъде увеличен. Това се дължи на факта, че по-дълга земна жица може да изпита значителен падеж на напрежение, което в своя ред увеличава съпротивлението на земната връзка. За да се преодолее този проблем и да се гарантира безопасността и надеждността на електрическата система, земната жица може да бъде размерена да съответства на фазния проводник.

В специфични електрически инсталации инженерите може да изберат да направят земната жица със същия размер като фазната жица като допълнителна мерка за безопасност. Тази практика е особено разпространена в критични системи, където електрическите повреди могат да имат сериозни последствия, или в области, където местните електрически нормативи налагат по-строги изисквания. Използването на по-голяма земна жица позволява на системата да по-ефективно обработва дефектни токове, намалявайки риска от електрически удар и повреда на оборудването.

Разбиране на размера на земната жица в електрическите вериги

Когато земната жица е по-малка от силовата жица

В много електрически вериги, земната (или заземяващата) жица обикновено е с по-малък диаметър в сравнение с фазната (гореща) и нейтралната жица, а този дизайн е основан на няколко ключови фактора:

Функция на всеки тип жица

• Фазна жица: Тази жица е отговорна за пренасяне на пълния нагрузъчен ток при нормална работа на веригата. Тя доставя електрическа мощност до свързаните устройства и апаратура.

• Нейтрална жица: Тя служи като път за връщане на тока, пренасящ същата количества ток, както фазната жица, обратно към източника на мощност.

Земна жица: Нейната основна роля е да предоставя безопасен път за дефектни токове, като тези, породени при краткосрочни замиквания или електрически утечки. Отвърдвайки тези аномални токове, тя защитава оборудването и предпазва персонала от електрически удар. Ключово е, че земната жица не е включена в нормалната операция на пренасяне на тока в веригата.

Изисквания за пренасяне на ток

Тъй като земната жица провежда ток само при дефектни условия, тя не е нужна да обработва непрекъснати нагрузъчни токове, както фазната жица. Дефектните токове обикновено текат за много кратко време, обикновено само до момента, в който устройство за защита от прекомерен ток, като автомат или предпазен въглен, сработи, за да прекъсне веригата. В резултат, земната жица може да бъде размерена, за да издържа тези кратковременни вълни без нагряване. Нейният дизайн й позволява да пренася дефектни токове точно толкова, колкото е нужно за защитните устройства да прекъснат веригата, а краткото време на дефект минимизира риска от значително нагряване. Това позволява използването на жица с по-малък диаметър, намалявайки разходите и използването на материали, докато все още се удовлетворяват основните стандарти за безопасност и производителност. Превишаването на размера на земната жица би довело до ненужни разходи, без да предлага значителни допълнителни предимства за безопасността.

Разглеждания относно падежа на напрежението

Падежът на напрежението не е основен проблем в дизайна на земните жици, тъй като те не пренасят ток непрекъснато. Освен това, земните жици често са инсталирани в сравнително кратки дължини. Тази кратка дължина позволява дефектните токове да бъдат бързо пренасяни към земята, активирайки прекъсването на веригата, без да причини жицата да се нагорещи. В резултат, може да се използва жица с по-малък диаметър, без да се компрометира производителността на веригата.

Стандартни размери, базирани на кодекси

Национален електрически кодекс (NEC): NEC предоставя подробни насоки в таблица 250.122, които определят минималния размер на оборудването за заземяване (EGC). Тези изисквания са базирани на класификацията на устройството за защита от прекомерен ток, като автомат или предпазен въглен, които осигуряват защита на веригата.

Международна електротехническа комисия (IEC): Подобно на NEC, стандартите на IEC дефинират минималния размер на заземяващите проводници. Въпреки това, насоките на IEC обикновено вземат предвид фактори като размера на фазните проводници и максималния очакван дефектен ток. Тези кодекси гарантират, че земните жици са подходящо размерени - ни по-малки, което би довело до съборяване при дефект, нито прекомерно големи, което би било неразумно.

Практични примери

• За верига, защитена от 15-амперен автомат, фазната жица обикновено е #12 AWG, а земната жица трябва да е поне #14 AWG мед.

• С 20-амперен автомат, фазната жица е 10 AWG, а земната жица трябва да е поне #12 AWG мед.

• В случай на 50-амперен автомат, фазната жица е #6 AWG, а минималният размер на земната жица е 10 AWG мед.

• За 100-амперен автомат и щит, където услугата е с #4 AWG, земната жица трябва да е поне #8 AWG мед.

• За 200-амперна услуга, фазните жици са поне #3/0 AWG, а земната жица трябва да е #4 AWG.

• Вериги с много големи автомати, като тези с класификация 600 ампера, изискват земни жици, размерени пропорционално, за да обработват потенциалните дефектни токове.

Въпреки че земната жица е по-малка от фазната жица в повечето случаи, има изключения.

Когато земната жица съвпада с размера на силовата жица

Има специфични сценарии, когато земната жица трябва да бъде със същия размер като силовата жица:

Проводници за свързване

Когато земни жици се използват за цели на свързване, като свързване на металните части на електрическото оборудване със системата за заземяване, те може да трябва да бъдат със същия размер като силовата жица. Това гарантира, че те могат ефективно да пренасят дефектни токове и да поддържат целостта на връзката за свързване, осигурявайки надеждна защита срещу електрически опасности.

Големи проводници

За вериги, които използват големи проводници (например 3/0 AWG или по-големи), NEC изисква пропорционално по-големи земни жици. Това е, за да се гарантира, че системата за заземяване може да обработва високите дефектни токове, свързани с вериги с голяма капацитет, и да поддържа безопасността на електрическата инсталация.

Специални приложения на оборудване

Определени видове чувствително или с голям капацитет оборудване, като фотоелектрически (PV) инсталации, може да изискват земни жици, размерени да съвпадат с фазните жици. Това размериране е необходимо, за да се гарантира ефективно пренасяне на дефектни токове и да се минимизира импедансът, като по този начин се подобрява общата безопасност и производителност на оборудването и електрическата система.

Последствията от неправилно размериране на земната жица

Земната жица в електрическа система не винаги съвпада по размер с горещата или нейтралната жица; тя може да бъде малко по-голяма или по-малка. Когато става дума за използване на по-голяма земна жица, тя не представлява риск за електрическата система, но създава увеличени разходи, поради допълнителните материали. В ситуации, когато е необходима допълнителна дължина, може да се използва кутия за свързване, за да се удължи жицата, без да се компрометира целостта на системата за заземяване.

Всъщност, по-голямата земна жица предлага няколко предимства и може да бъде особено полезна в определени сценарии. Със своето по-ниско съпротивление, по-големите жици ефективно намаляват падежа на напрежението, осигурявайки по-стабилна електрическа връзка. Това става особено важно в системи, които изискват по-висока капацитет за пренасяне на ток. Минимизирайки загубата на напрежение, по-голямата земна жица помага за поддържане на постоянна електрическа производителност, подобрявайки надеждността и безопасността на цялата система.

От друга страна, използването на земна жица, която е твърде малка, може да доведе до сериозни проблеми. По-малките жици имат по-високо електрическо съпротивление, което може да попречи на правилната функция на магнитния механизъм за прекъсване на автомата. Това означава, че автоматът може да не прекъсне толкова бързо, колкото трябва при дефект, позволявайки потенциално опасни нива на ток да текат през системата. Освен това, по-малките земни жици може да не могат да обработят прекомерни дефектни токове, водейки до нагряване. В крайни случаи, това нагряване може да причини жицата да се разтопи, създавайки значителен пожарен риск и поставяйки под заплаха собствеността и живота.

За да се гарантира безопасността и оптималната производителност на електрическата система, е необходимо да се използва земна жица с подходящ размер. Например, в стандартна 100-амперна услуга с 150-футов бег, обикновено се препоръчва 8 AWG (American Wire Gauge) земна жица. Съобразяването с тези размери помага за защита срещу електрически опасности и осигурява, че системата за заземяване функционира ефективно, предоставяйки надеждна защита при дефект.