Per què la mida del fil de terra és més petita que la del fil d’alimentació?

Consideracions sobre la mida del fil de terra

La mida d'un fil de terra no ha de coincidir necessàriament amb la del fil de potència (fase o calent). No obstant això, les seves dimensions han de adherir estrictament a les regulacions establertes en els codis elèctrics, com el Codi Elèctric Nacional (NEC) als Estats Units. Diversos factors clau influeixen en la mida adequada dels fils de terra:

Encara que no és un cas habitual, en situacions que impliquin lletges llargues o circuits on minimitzar la impedància és crucial, el fil de terra podria necessitar augmentar la seva mida. Això és degut al fet que un fil de terra més llarg pot experimentar una caiguda de tensió significativa, incrementant la resistència de la via de terra. Per mitigar aquesta qüestió i assegurar la seguretat i fiabilitat del sistema elèctric, el fil de terra pot s'hauria de dimensionar per igualar el conductor de fase.

En instal·lacions elèctriques específiques, els enginyers podrien optar per fer que el fil de terra tingui la mateixa mida que el fil de fase com a mesura addicional de seguretat. Aquesta pràctica és particularment prevalenta en sistemes crítics on els errors elèctrics podrien tenir conseqüències severes, o en àrees on els codis elèctrics locals imposen requisits més estrictes. Utilitzant un fil de terra de mida major, el sistema pot gestionar millor les corrents de fallada, reduint el risc d'electrocussió i danyos a l'equipament.

Entendre la mida del fil de terra en circuits elèctrics

Quan el fil de terra és més petit que el fil de potència

En molts circuits elèctrics, el fil de terra (o de puesta a tierra) sovint té una mida inferior a la dels fils de fase (calent) i neutre, i aquesta elecció de disseny es basa en diversos factors clau:

Funció de cada tipus de fil

• Fil de Fase: Aquest fil és responsable de portar la corrent total durant l'operació normal del circuit. Proporciona energia elèctrica als dispositius i electrodomèstics connectats.

• Fil Neutre: Serveix com a camí de retorn per la corrent, portant la mateixa quantitat de corrent que el fil de fase de tornada a la font d'energia.

Fil de Terra: La seva funció principal és proporcionar un camí segur per les corrents de fallada, com aquelles generades durant circuits tancats o fuites elèctriques. Desviant aquestes corrents anòmals, protegeix l'equipament i protegeix el personal de l'electrocussió. És important destacar que el fil de terra no participa en l'operació normal de portar corrent del circuit.

Requisits de Portada de Corrent

Com que el fil de terra només porta corrent durant condicions de fallada, no necessita manejar corrents de càrrega contínua com el fil de fase. Les corrents de fallada solen fluir durant períodes molt breus, típicament fins que un dispositiu de protecció contra sobrecorrent, com un interruptor diferencial o fusible, actua per interrompre el circuit. Com a resultat, el fil de terra es pot dimensionar per suportar aquests surts breus sense sobreaqueixar-se. El seu disseny li permet portar corrents de fallada el temps suficient per que els dispositius protectors desconectin el circuit, i la breu durada de la fallada minimitza el risc de acumulació significativa de calor. Això permet utilitzar un fil de menor secció, reduint costos i ús de material mentre encara s'assoleixen normes essencials de seguretat i rendiment. Sobredimensionar el fil de terra comportaria despeses innecessàries sense ofer avantatges de seguretat substancials addicionals.

Consideracions sobre la Caiguda de Tensió

La caiguda de tensió no és una preocupació major en el disseny dels fils de terra, ja que no porten corrent de manera contínua. Addicionalment, els fils de terra sovint es instal·len en longituds relativament curtes. Aquesta longitud curta permet que les corrents de fallada són conduïdes ràpidament a terra, activant l'interruptor per trencar el circuit sense que el fil s'aqueixi. Conseqüentment, es pot utilitzar un fil de terra de mida menor sense comprometre el rendiment del circuit.

Normes de Dimensionament Basades en Codis

Codi Elèctric Nacional (NEC): El NEC proporciona guies detallades a la Taula 250.122 que especifiquen la mida mínima del conductor de puesta a tierra (EGC). Aquests requisits es basen en la capacitat del dispositiu de protecció contra sobrecorrent, com un interruptor diferencial o fusible, que protegeix el circuit.

Comissió Electrotècnica Internacional (IEC): Similar al NEC, les normes IEC defineixen la mida mínima dels conductors de puesta a tierra. Tanmateix, les directrius IEC generalment consideren factors com la mida dels conductors de fase i la corrent de fallada màxima esperada. Aquests codis asseguren que els fils de terra estiguin adequadament dimensionats - ni tan petits que puguin fallar durant les fallades, ni excessivament grans, el que seria inútil.

Exemples Pràctics

• Per a un circuit protegit per un interruptor de 15 amperes, el fil calent és típicament #12 AWG, i el fil de terra ha de ser com a mínim #14 AWG de cobre.

• Amb un interruptor de 20 amperes, el fil calent és 10 AWG, i el fil de terra hauria de ser com a mínim #12 AWG de cobre.

• En el cas d'un interruptor de 50 amperes, el fil calent és #6 AWG, i la mida mínima per al fil de terra és 10 AWG de cobre.

• Per a un interruptor i quadre de 100 amperes, on el cable de servei és #4 AWG, el fil de terra ha de ser com a mínim #8 AWG de cobre.

• Per a un servei de 200 amperes, els fils calents són com a mínim #3/0 AWG, i el fil de terra hauria de ser #4 AWG.

• Circuits amb interruptors molt grans, com aquells amb una capacitat de 600 amperes, requereixen fils de terra dimensionats proporcionalment per gestionar les possibles corrents de fallada.

Encara que el fil de terra és més petit que el fil de fase en la majoria de casos, hi ha excepcions.

Quan el Fil de Terra Coincideix amb la Mida del Fil de Potència

Hi ha escenaris específics on el fil de terra ha de tenir la mateixa mida que el fil de potència:

Conductors de Connexió

Quan els fils de terra s'utilitzen per a propòsits de connexió, com connectar les parts metàl·liques dels equips elèctrics al sistema de puesta a tierra, podrien necessitar tenir la mateixa mida que el fil de potència. Això assegura que puguin portar efectivament les corrents de fallada i mantenir la integritat de la connexió, proporcionant una protecció fiable contra els perills elèctrics.

Conductors de Gran Secció

Per a circuits que utilitzen conductors de gran secció (p. ex., 3/0 AWG o superior), el NEC implica la necessitat de fils de terra proporcionalment més grans. Això és per assegurar que el sistema de puesta a tierra pugui gestionar les corrents de fallada associades a circuits de gran capacitat i mantenir la seguretat de l'instal·lació elèctrica.

Aplicacions d'Equips Especials

Cert tipus d'equips sensibles o de gran capacitat, com les instal·lacions fotovoltaiques (PV), podrien requerir fils de terra dimensionats per igualar els fils de fase. Aquest dimensionament és necessari per assegurar un flux eficient de corrent de fallada i minimitzar la impedància, així augmentant la seguretat i el rendiment general de l'equip i el sistema elèctric.

Les Implicacions d'una Mida Incorrecta del Fil de Terra

El fil de terra en un sistema elèctric no sempre coincideix amb la mida dels fils calent o neutre; pot ser lleugerament més gran o més petit. Quan es tracta d'utilitzar un fil de terra més gran, mentre no suposa cap risc per al sistema elèctric, sí comporta costos superiors deguts al material addicional necessari. En situacions on es necessiti una longitud extra, es pot utilitzar una caja de conexions per estendre el fil sense comprometre la integritat del sistema de puesta a tierra.

De fet, un fil de terra més gran ofereix diverses avantatges i pot ser particularment beneficiós en certes situacions. Amb la seva menor resistència, els fils més grans redueixen eficientment la caiguda de tensió, assegurant una connexió elèctrica més estable. Això es converteix especialment crucial en sistemes que requereixen capacitats de portada de corrent més altes. Minimitzant la pèrdua de tensió, un fil de terra més gran ajuda a mantenir un rendiment elèctric consistent, millorant la fiabilitat i seguretat del sistema global.

Al contrari, utilitzar un fil de terra massa petit pot portar a problemes seriosos. Els fils més petits tenen una resistència elèctrica més alta, que pot interferir amb el mecanisme de trip magnètic d'un interruptor diferencial. Aquesta interferència significa que l'interruptor pot no trencar tan ràpidament com hauria de fer-ho en cas de fallada, permetent que nivells perillosament alts de corrent flueixin pel sistema. A més, els fils de terra més petits podrien no ser capaços de gestionar corrents de fallada excessives, provocant sobreaqueixaments. En casos extrems, aquest sobreaqueixament pot fer que el fil es fonça, creant un perillos hazard d'incendi i posant en risc tant la propietat com les vides.

Per assegurar la seguretat i el rendiment òptim d'un sistema elèctric, és essencial utilitzar un fil de terra de la mida adequada. Per exemple, en un servei estàndard de 100 amperes amb una carrera de 150 peus, normalment es recomana un fil de terra de 8 AWG (American Wire Gauge). Adherir-se a aquestes directrius de dimensionament ajuda a protegir contra els perills elèctrics i assegura que el sistema de puesta a tierra funcioni eficientment, proporcionant una protecció fiable en cas de fallada.