Por que o cabo de terra é máis pequeno que o cabo activo

Consideracións sobre o tamaño do cable de terra

O tamaño do cable de terra non ten que coincidir necesariamente co do cable de potencia (fase ou activo). No entanto, as súas dimensións deben aderir estritamente ás rexulacións estipuladas nos códigos eléctricos, como o National Electrical Code (NEC) nos Estados Unidos. Varios factores clave influen na determinación do tamaño adecuado dos cables de terra:

Aínda que non é unha situación común, en casos de largas extensións de cable ou circuitos onde é crucial minimizar a impedancia, pode ser necesario aumentar o tamaño do cable de terra. Isto é debido a que un cable de terra máis longo pode experimentar unha caída significativa de tensión, o que, por seu lado, aumenta a resistencia da via de terra. Para mitigar este problema e asegurar a seguridade e a fiabilidade do sistema eléctrico, o cable de terra pode ter o mesmo tamaño que o condutor de fase.

En instalacións eléctricas específicas, os enxeñeiros poden optar por facer que o cable de terra teña o mesmo tamaño que o cable de fase como medida adicional de seguridade. Esta práctica é particularmente prevalente en sistemas críticos onde as fallos eléctricos poden ter consecuencias graves, ou en áreas onde os códigos eléctricos locais imponen requisitos máis rigorosos. Utilizando un cable de terra de maior tamaño, o sistema pode manejar mellor as correntes de fallo, reducindo o risco de descargas eléctricas e danos no equipo.

Comprender o tamaño do cable de terra en circuitos eléctricos

Cando o cable de terra é menor que o cable de potencia

En moitos circuitos eléctricos, o cable de terra (ou de aterramento) é xeralmente de menor calibre comparado cos cables de fase (activo) e neutro, e esta elección de deseño basease en varios factores clave:

Función de cada tipo de cable

• Cable de fase: Este cable é responsable de levar a corrente total durante a operación normal do circuito. Suministra enerxía eléctrica aos dispositivos e electrodomésticos conectados.

• Cable neutro: Serve como a via de retorno da corrente, levando a mesma cantidade de corrente que o cable de fase de volta á fonte de enerxía.

Cable de terra: A súa función principal é proporcionar unha via segura para as correntes de fallo, como as xeradas durante curtos circuitos ou fugas eléctricas. Desviando estas correntes anómalas, protexe o equipo e as persoas de descargas eléctricas. Crucialmente, o cable de terra non está involucrado na operación normal de levar corrente no circuito.

Requisitos de levar corrente

Xa que o cable de terra só conduce corrente durante as condicións de fallo, non necesita manexar correntes de carga continuas como o cable de fase. As correntes de fallo xeralmente fluen durante un período moi breve, tipicamente só ata que un dispositivo de protección contra sobrecorrente, como un interruptor diferencial ou fusible, dispare para interromper o circuito. Como resultado, o cable de terra pode ser dimensionado para resistir estas surxes de curtada duración sen sobrecalentarse. O seu deseño permite que lleve as correntes de fallo o tempo suficiente para que os dispositivos protectores desconecten o circuito, e a breve duración do fallo minimiza o risco de acumulación significativa de calor. Isto permite o uso dun cable de menor calibre, reducindo custos e uso de material mentres aínda se cumpran os estándares esenciais de seguridade e rendemento. Sobre-dimensionar o cable de terra implicaría gastos innecesarios sen ofertar beneficios de seguridade substanciais adicionais.

Consideracións sobre a caída de tensión

A caída de tensión non é unha gran preocupación no deseño dos cables de terra porque non levan corrente de forma continua. Ademais, os cables de terra adoitan instalarse en lonxitudes relativamente cortas. Esta lonxitude curta permite que as correntes de fallo sexan conducidas rapidamente ao terra, disparando o interruptor sen causar sobrecalentamento no cable. En consecuencia, pode usarse un cable de terra de menor tamaño sen comprometer o rendemento do circuito.

Estándares de dimensionamento basados en códigos

National Electrical Code (NEC): O NEC ofrece directrices detalladas na Táboa 250.122 que especifican o tamaño mínimo do conductor de aterramento de equipos (EGC). Estes requisitos baseanse na clasificación do dispositivo de protección contra sobrecorrente, como un interruptor diferencial ou fusible, que protege o circuito.

International Electrotechnical Commission (IEC): Semellante ao NEC, os estándares IEC definen o tamaño mínimo dos conductores de aterramento. No entanto, as directrices IEC xeralmente consideran factores como o tamaño dos conductores de fase e a corrente de fallo máxima esperada. Estes códigos aseguran que os cables de terra están adequadamente dimensionados, nin demasiado pequenos, o que podería levar a fallos durante os fallos, nin excesivamente grandes, o que sería inútil.

Exemplos prácticos

• Para un circuito protexido por un interruptor de 15 amperios, o cable activo é xeralmente #12 AWG, e o cable de terra debe ser polo menos #14 AWG de cobre.

• Con un interruptor de 20 amperios, o cable activo é 10 AWG, e o cable de terra debe ser polo menos #12 AWG de cobre.

• No caso dun interruptor de 50 amperios, o cable activo é #6 AWG, e o tamaño mínimo para o cable de terra é 10 AWG de cobre.

• Para un interruptor de 100 amperios e painel, onde o cabo de servizo é #4 AWG, o cable de terra debe ser polo menos #8 AWG de cobre.

• Para un servizo de 200 amperios, os cables activos son polo menos #3/0 AWG, e o cable de terra debe ser #4 AWG.

• Os circuitos con interruptores moi grandes, como os clasificados en 600 amperios, requiren cables de terra dimensionados proporcionalmente para manexar as posibles correntes de fallo.

Aínda que o cable de terra é menor que o cable de fase na maioría dos casos, hai excepcións.

Cando o cable de terra coincide co tamaño do cable de potencia

Hai escenarios específicos onde o cable de terra debe ter o mesmo tamaño que o cable de potencia:

Conductores de conexión

Cando os cables de terra son utilizados para propósitos de conexión, como conectar as partes metálicas dos equipos eléctricos ao sistema de aterramento, poden necesitar ter o mesmo tamaño que o cable de potencia. Isto asegura que podan levar eficazmente as correntes de fallo e manter a integridade da conexión, proporcionando protección confiable contra perigos eléctricos.

Conductores de gran calibre

Para circuitos que utilizan conductores de gran calibre (por exemplo, 3/0 AWG ou maiores), o NEC manda cables de terra proporcionalmente maiores. Isto é para asegurar que o sistema de aterramento pode manexar as altas correntes de fallo asociadas con circuitos de gran capacidade e manter a seguridade da instalación eléctrica.

Aplicacións de equipos especiais

Certos tipos de equipos sensibles ou de alta capacidade, como as instalacións fotovoltaicas (PV), poden requirent cables de terra dimensionados para coincidir co tamaño dos cables de fase. Este dimensionamento é necesario para asegurar un fluxo eficiente de corriente de fallo e minimizar a impedancia, mejorando así a seguridade e o rendemento global do equipo e do sistema eléctrico.

As implicacións dun dimensionamento incorrecto do cable de terra

O cable de terra nun sistema eléctrico non sempre coincide co tamaño dos cables activo ou neutro; pode ser ligeramente maior ou menor. Cando se trata de usar un cable de terra maior, aínda que non supón ningún risco para o sistema eléctrico, implica un aumento de custos debido ao material adicional necesario. En situaciones onde se precisa unha lonxitude extra, pode usarse unha caixa de conexión para estender o cable sen comprometer a integridade do sistema de aterramento.

De feito, un cable de terra maior ofrece varias vantaxes e pode ser particularmente benéfico en certos escenarios. Con a súa menor resistencia, os cables maiores reducen eficazmente a caída de tensión, asegurando unha conexión eléctrica máis estable. Esto resulta especialmente crucial en sistemas que requiren capacidades de levar corrente máis altas. Minimizando a perda de tensión, un cable de terra maior axuda a manter un rendemento eléctrico consistente, mellorando a fiabilidade e a seguridade do sistema global.

Por outro lado, usar un cable de terra demasiado pequeno pode levar a problemas graves. Os cables menores teñen unha resistencia eléctrica maior, que pode interferir no funcionamento correcto do mecanismo de disparo magnético dun interruptor diferencial. Esta interferencia significa que o interruptor pode non disparar tan rápido como debería en caso de fallo, permitindo que correntes potencialmente perigosas fluan polo sistema. Ademais, os cables de terra menores poden non ser capaces de manexar correntes de fallo excesivas, levando ao sobrecalentamento. En casos extremos, este sobrecalentamento pode causar que o cable se derrita, creando un grave risco de incendio e ponendo en xogo tanto a propiedade como as vidas.

Para asegurar a seguridade e o rendemento óptimo dun sistema eléctrico, é esencial usar un cable de terra do tamaño adecuado. Por exemplo, nun servizo estándar de 100 amperios con unha extensión de 150 pés, xeralmente recoméndase un cable de terra de 8 AWG (American Wire Gauge). Adherirse a estas directrices de dimensionamento axuda a proteger contra perigos eléctricos e asegura que o sistema de aterramento funcione eficazmente, proporcionando protección confiable en caso de fallo.