Perché la sezione del filo di terra è più piccola rispetto a quella del filo fase?
Considerazioni per la dimensione del filo di terra
La dimensione del filo di terra non deve necessariamente corrispondere a quella del filo di fase (o caldo). Tuttavia, le sue dimensioni devono rispettare strettamente le normative previste dai codici elettrici, come il National Electrical Code (NEC) negli Stati Uniti. Diversi fattori chiave influenzano la dimensione appropriata dei fili di terra:
Sebbene non sia un'occorrenza comune, in situazioni che coinvolgono lunghe distanze di cavo o circuiti in cui è cruciale minimizzare l'impedenza, il filo di terra potrebbe dover essere aumentato in dimensione. Questo perché un filo di terra più lungo può subire una caduta di tensione significativa, che a sua volta aumenta la resistenza del percorso di messa a terra. Per mitigare questo problema e garantire la sicurezza e l'affidabilità del sistema elettrico, il filo di terra potrebbe essere dimensionato per corrispondere al conduttore di fase.
In specifiche installazioni elettriche, gli ingegneri possono optare per rendere il filo di terra della stessa dimensione del filo di fase come misura aggiuntiva di sicurezza. Questa pratica è particolarmente diffusa nei sistemi critici in cui i guasti elettrici potrebbero avere conseguenze gravi, o in aree in cui i codici elettrici locali impongono requisiti più rigorosi. Utilizzando un filo di terra di dimensioni maggiori, il sistema può gestire meglio le correnti di cortocircuito, riducendo il rischio di shock elettrici e danni agli apparecchi.
Comprendere la dimensione del filo di terra nei circuiti elettrici
Quando il filo di terra è più piccolo del filo di alimentazione
In molti circuiti elettrici, il filo di terra (o di messa a terra) è solitamente di calibro inferiore rispetto ai fili di fase (caldo) e neutro, e questa scelta di progettazione si basa su diversi fattori chiave:
Funzione di ciascun tipo di filo
Filo di Fase: Questo filo è responsabile del trasporto della corrente piena durante l'operazione normale del circuito. Fornisce energia elettrica ai dispositivi e alle apparecchiature collegate.
Filo Neutro: Serve come percorso di ritorno per la corrente, trasportando la stessa quantità di corrente del filo di fase verso la sorgente di alimentazione.
Filo di Terra: Il suo ruolo principale è fornire un percorso sicuro per le correnti di difetto, come quelle generate durante i cortocircuiti o le falle elettriche. Deviando queste correnti anomale, protegge le apparecchiature e il personale dagli shock elettrici. È importante sottolineare che il filo di terra non è coinvolto nell'operazione normale di trasporto di corrente del circuito.
Requisiti di trasporto di corrente
Poiché il filo di terra conduce corrente solo in condizioni di difetto, non ha bisogno di gestire correnti di carico continue come il filo di fase. Le correnti di difetto di solito fluiscono per una durata molto breve, tipicamente fino a quando un dispositivo di protezione contro sovratensione, come un interruttore differenziale o un fusibile, interrompe il circuito. Di conseguenza, il filo di terra può essere dimensionato per sopportare questi brevi impulsi senza surriscaldarsi. La sua progettazione consente di condurre le correnti di difetto abbastanza a lungo da permettere ai dispositivi di protezione di disconnettere il circuito, e la breve durata del difetto minimizza il rischio di un riscaldamento significativo. Ciò permette l'uso di un filo di calibro inferiore, riducendo i costi e l'utilizzo di materiali mentre si rispettano gli standard essenziali di sicurezza e prestazioni. Sovradimensionare il filo di terra comporterebbe spese inutili senza offrire benefici di sicurezza sostanziali.
Considerazioni sulla caduta di tensione
La caduta di tensione non è una preoccupazione maggiore nella progettazione dei fili di terra poiché non trasportano corrente in modo continuo. Inoltre, i fili di terra sono spesso installati in lunghezze relativamente corte. Questa breve lunghezza consente alle correnti di difetto di essere rapidamente condotte a terra, attivando l'interruttore e impedendo il surriscaldamento del cavo. Di conseguenza, può essere utilizzato un filo di terra di dimensioni inferiori senza compromettere le prestazioni del circuito.
Standard di dimensionamento basati sui codici
National Electrical Code (NEC): Il NEC fornisce linee guida dettagliate nella Tabella 250.122 che specificano la dimensione minima del conduttore di messa a terra dell'apparato (EGC). Questi requisiti si basano sul rating del dispositivo di protezione contro sovratensione, come un interruttore differenziale o un fusibile, che protegge il circuito.
Commissione Elettrotecnica Internazionale (IEC): Similmente al NEC, gli standard IEC definiscono la dimensione minima dei conduttori di messa a terra. Tuttavia, le linee guida IEC considerano tipicamente fattori come la dimensione dei conduttori di fase e la corrente di difetto massima prevista. Questi codici assicurano che i fili di terra siano adeguatamente dimensionati, né troppo piccoli, il che potrebbe portare a un malfunzionamento durante i difetti, né eccessivamente grandi, il che sarebbe uno spreco.
Esempi pratici
Per un circuito protetto da un interruttore da 15 ampere, il filo caldo è tipicamente #12 AWG, e il filo di terra deve essere almeno #14 AWG in rame.
Con un interruttore da 20 ampere, il filo caldo è 10 AWG, e il filo di terra dovrebbe essere almeno #12 AWG in rame.
Nel caso di un interruttore da 50 ampere, il filo caldo è #6 AWG, e la dimensione minima per il filo di terra è 10 AWG in rame.
Per un interruttore e pannello da 100 ampere, dove il cavo di servizio è #4 AWG, il filo di terra deve essere almeno #8 AWG in rame.
Per un servizio da 200 ampere, i fili caldi sono almeno #3/0 AWG, e il filo di terra dovrebbe essere #4 AWG.
Nei circuiti con interruttori molto grandi, come quelli da 600 ampere, i fili di terra devono essere dimensionati proporzionalmente per gestire le correnti di difetto potenziali.
Sebbene il filo di terra sia più piccolo del filo di fase nella maggior parte dei casi, ci sono eccezioni.
Quando il filo di terra ha la stessa dimensione del filo di alimentazione
Ci sono specifiche situazioni in cui il filo di terra deve avere la stessa dimensione del filo di alimentazione:
Conduttori di bonding
Quando i fili di terra vengono utilizzati per scopi di bonding, come la connessione delle parti metalliche degli apparecchi elettrici al sistema di messa a terra, possono dover essere della stessa dimensione del filo di alimentazione. Questo garantisce che possano effettivamente trasportare le correnti di difetto e mantenere l'integrità della connessione di bonding, fornendo una protezione affidabile contro i rischi elettrici.
Conduttori di grande sezione
Per i circuiti che utilizzano conduttori di grande sezione (ad esempio, 3/0 AWG o superiori), il NEC richiede fili di terra proporzionalmente più grandi. Questo è per assicurare che il sistema di messa a terra possa gestire le alte correnti di difetto associate ai circuiti ad alta capacità e mantenere la sicurezza dell'installazione elettrica.
Applicazioni speciali di apparecchiature
Certuni tipi di apparecchiature sensibili o ad alta capacità, come le installazioni fotovoltaiche (PV), possono richiedere fili di terra dimensionati per corrispondere ai fili di fase. Questa dimensione è necessaria per garantire un flusso efficiente di corrente di difetto e minimizzare l'impedenza, migliorando così la sicurezza e le prestazioni complessive dell'apparecchiatura e del sistema elettrico.
Le implicazioni di una dimensione errata del filo di terra
Il filo di terra in un sistema elettrico non corrisponde sempre alla dimensione del filo caldo o neutro; può essere leggermente più grande o più piccolo. Quando si utilizza un filo di terra più grande, pur non presentando rischi per il sistema elettrico, comporta costi aumentati a causa del materiale aggiuntivo richiesto. In situazioni in cui è necessario un ulteriore tratto, può essere utilizzata una scatola di derivazione per estendere il cavo senza compromettere l'integrità del sistema di messa a terra.
In effetti, un filo di terra più grande offre diversi vantaggi e può essere particolarmente utile in certe situazioni. Con la loro resistenza inferiore, i fili più grandi riducono efficacemente la caduta di tensione, garantendo una connessione elettrica più stabile. Questo diventa particolarmente cruciale nei sistemi che richiedono capacità di trasporto di corrente elevate. Minimizzando la perdita di tensione, un filo di terra più grande aiuta a mantenere le prestazioni elettriche costanti, migliorando l'affidabilità e la sicurezza del sistema complessivo.
Al contrario, l'utilizzo di un filo di terra troppo piccolo può portare a problemi seri. I fili più piccoli hanno una resistenza elettrica superiore, che può interferire con il funzionamento del meccanismo di trip del circuit breaker. Questa interferenza significa che l'interruttore potrebbe non azionarsi quanto dovrebbe in caso di difetto, consentendo livelli potenzialmente pericolosi di corrente di fluire attraverso il sistema. Inoltre, i fili di terra più piccoli potrebbero non essere in grado di gestire correnti di difetto eccessive, portando a un surriscaldamento. In casi estremi, questo surriscaldamento può causare la fusione del cavo, creando un rischio significativo di incendio e mettendo a repentaglio beni e vite umane.
Per garantire la sicurezza e le prestazioni ottimali di un sistema elettrico, è essenziale utilizzare un filo di terra della dimensione appropriata. Ad esempio, in un servizio standard da 100 ampere con una corsa di 150 piedi, un filo di terra da 8 AWG (American Wire Gauge) è generalmente raccomandato. Rispettare queste linee guida di dimensionamento aiuta a proteggersi dai rischi elettrici e assicura che il sistema di messa a terra funzioni efficacemente, fornendo una protezione affidabile in caso di difetto.
