Waarom is de aardingsdraad dunner dan de fasedraad?

Overwegingen bij de keuze van de aardingsdraaddikte

De dikte van een aardingsdraad hoeft niet noodzakelijk overeen te komen met die van de stroomdraad (fase of live). Echter, de afmetingen moeten strikt voldoen aan de voorschriften in elektrische normen, zoals de National Electrical Code (NEC) in de Verenigde Staten. Verschillende belangrijke factoren beïnvloeden de juiste grootte van aardingsdraden:

Hoewel dit niet vaak voorkomt, kan in situaties met lange draadlopen of circuits waar het minimaliseren van de impedantie cruciaal is, de aardingsdraad in grootte vergroot moeten worden. Dit komt doordat een langere aardingsdraad een aanzienlijke spanningdaling kan ervaren, wat op zijn beurt de weerstand van het aardpad verhoogt. Om dit probleem te verhelpen en de veiligheid en betrouwbaarheid van het elektrische systeem te waarborgen, kan de aardingsdraad even groot gemaakt worden als de faseleider.

Bij specifieke elektrische installaties kunnen ingenieurs kiezen om de aardingsdraad even groot te maken als de faseleider als extra veiligheidsmaatregel. Deze praktijk komt vooral voor in kritieke systemen waarbij elektrische storingen ernstige gevolgen kunnen hebben, of in gebieden waar lokale elektriciteitsvoorschriften strengere eisen stellen. Door een grotere aardingsdraad te gebruiken, kan het systeem foutstromen beter hanteren, waardoor het risico op elektrische schokken en apparatuurschade wordt verminderd.

Begrip van de aardingsdraaddikte in elektrische circuits

Wanneer de aardingsdraad kleiner is dan de stroomdraad

In veel elektrische circuits is de aardingsdraad (of aardingsdraad) meestal dunner in doorsnede vergeleken met de fase- (live) en neutrale draden, en deze ontwerpwijze is gebaseerd op verschillende belangrijke factoren:

Functie van elk draadtype

• Fasedraad: Deze draad is verantwoordelijk voor het vervoeren van de volledige belastingsstroom tijdens normale circuitbedrijfsomstandigheden. Het levert elektrische energie aan aangesloten apparaten en toestellen.

• Neutrale draad: Deze dient als retourpad voor de stroom, en voert dezelfde hoeveelheid stroom terug naar de energiebron als de fasedraad.

Aardingsdraad: De primaire rol is het bieden van een veilig pad voor foutstromen, zoals die die ontstaan ​​tijdens kortsluitingen of elektrische lekken. Door deze abnormale stromen af te voeren, beschermt hij apparatuur en beschermt personeel tegen elektrische schokken. Belangrijk is dat de aardingsdraad niet betrokken is bij de normale stroomvoorziening van het circuit.

Stroomvoorzieningsvereisten

Omdat de aardingsdraad alleen stroom geleidt tijdens storingen, hoeft hij geen continue belastingsstromen te hanteren zoals de fasedraad. Foutstromen stromen meestal slechts zeer kort, meestal tot een overstroombeveiligingsapparaat, zoals een circuitbreker of zekering, de stroom onderbreekt. Daarom kan de aardingsdraad zo ontworpen worden dat hij deze korte stootstromen kan doorstaan zonder oververhitting. Het ontwerp stelt hem in staat om foutstromen net lang genoeg te voeren tot de beschermingsapparatuur de stroom onderbreekt, en de korte duur van de storing minimaliseert het risico op aanzienlijke warmteopbouw. Dit maakt het mogelijk om een kleinere draaddikte te gebruiken, wat kosten en materiaalgebruik vermindert terwijl nog steeds essentiële veiligheids- en prestatienormen worden voldaan. Oversizing van de aardingsdraad zou onnodige kosten veroorzaken zonder aanzienlijke extra veiligheidsvoordelen.

Overwegingen bij spanningdaling

Spanningsdaling is geen grote zorg bij het ontwerp van aardingsdraden omdat ze geen continue stroom voeren. Bovendien worden aardingsdraden vaak in relatief korte lengtes geïnstalleerd. Deze korte lengte stelt foutstromen in staat om snel naar de aarde te worden geleid, waardoor de breker trips zonder dat de draad oververhit raakt. Hierdoor kan een kleinere aardingsdraad worden gebruikt zonder de prestaties van het circuit te compromitteren.

Normgebaseerde grootte-eisen

National Electrical Code (NEC): De NEC geeft gedetailleerde richtlijnen in Tabel 250.122 die de minimale grootte van de apparaataardinggeleider (EGC) specificeren. Deze vereisten zijn gebaseerd op de rating van het overstroombeveiligingsapparaat, zoals een circuitbreker of zekering, dat het circuit beschermt.

International Electrotechnical Commission (IEC): Net als de NEC definiëren IEC-normen de minimale grootte van aardingsgeleiders. Echter, IEC-richtlijnen nemen meestal factoren in aanmerking zoals de grootte van de fasedraden en de maximale verwachte foutstroom. Deze codes zorgen ervoor dat aardingsdraden correct zijn ingedekt - noch te klein, wat kan leiden tot falen tijdens storingen, noch te groot, wat verspilling zou zijn.

Praktische voorbeelden

• Voor een circuit dat beschermd wordt door een 15-ampere breker, is de live-draad meestal #12 AWG, en moet de aardingsdraad minimaal #14 AWG koper zijn.

• Met een 20-ampere breker is de live-draad 10 AWG, en de aardingsdraad moet minimaal #12 AWG koper zijn.

• In het geval van een 50-ampere breker, is de live-draad #6 AWG, en de minimale grootte voor de aardingsdraad is 10 AWG koper.

• Voor een 100-ampere breker en paneel, waarbij de servicekabel #4 AWG is, moet de aardingsdraad minimaal #8 AWG koper zijn.

• Voor een 200-ampere service, waarbij de live-draden minstens #3/0 AWG zijn, moet de aardingsdraad #4 AWG zijn.

• Circuits met zeer grote schakelaars, zoals die gerateerd zijn op 600 ampère, vereisen aardingsdraden die proportioneel zijn afgestemd om de potentiële foutstromen te hanteren.

Hoewel de aardingsdraad in de meeste gevallen kleiner is dan de fasedraad, zijn er uitzonderingen.

Wanneer de aardingsdraad overeenkomt met de grootte van de stroomdraad

Er zijn specifieke scenario's waarin de aardingsdraad dezelfde grootte moet hebben als de stroomdraad:

Bondinggeleiders

Wanneer aardingsdraden worden gebruikt voor bondingdoeleinden, zoals het verbinden van metalen delen van elektrische apparatuur met het aardingsysteem, kunnen ze dezelfde grootte nodig hebben als de stroomdraad. Dit zorgt ervoor dat ze effectief foutstromen kunnen voeren en de integriteit van de bondingverbinding behouden, waardoor betrouwbare bescherming tegen elektrische gevaren wordt geboden.

Grote draaddiktes

Voor circuits die grote draaddiktes gebruiken (bijv. 3/0 AWG of groter), verplicht de NEC proportioneel grotere aardingsdraden. Dit is om te zorgen dat het aardingsysteem de hoge foutstromen kan hanteren die gepaard gaan met grote capaciteitcircuits en de veiligheid van de elektrische installatie behoudt.

Speciale toepassingen voor apparatuur

Bepaalde soorten gevoelige of hoge capaciteitapparatuur, zoals fotovoltaïsche (PV) installaties, kunnen aardingsdraden nodig hebben die overeenkomen met de fasedraden. Deze grootte is nodig om efficiënte foutstroomvoer te garanderen en de impedantie te minimaliseren, waardoor de algehele veiligheid en prestaties van de apparatuur en het elektrische systeem worden verbeterd.

De implicaties van onjuiste aardingsdraaddikte

De aardingsdraad in een elektrisch systeem komt niet altijd overeen met de grootte van de live- of neutrale draden; het kan iets groter of kleiner zijn. Wanneer het gaat om het gebruik van een grotere aardingsdraad, brengt dit geen risico met zich mee voor het elektrische systeem, maar wel hogere kosten wegens het extra materiaal. In situaties waar extra lengte nodig is, kan een junction box worden gebruikt om de draad te verlengen zonder de integriteit van het aardingsysteem te compromitteren.

Een grotere aardingsdraad biedt in feite verschillende voordelen en kan in bepaalde scenario's bijzonder nuttig zijn. Met hun lagere weerstand verlagen grotere draden effectief de spanningdaling, waardoor een stabielere elektrische verbinding wordt gegarandeerd. Dit wordt vooral cruciaal in systemen die hogere stroomcapaciteiten vereisen. Door de spanningverlies te minimaliseren, helpt een grotere aardingsdraad bij het handhaven van constante elektrische prestaties, waardoor de betrouwbaarheid en veiligheid van het gehele systeem worden verhoogd.

Omgekeerd kan het gebruik van een aardingsdraad die te klein is, leiden tot ernstige problemen. Kleinere draden hebben een hogere elektrische weerstand, wat kan storen bij de juiste werking van het magnetische tripmechanisme van een circuitbreker. Dit betekent dat de breker mogelijk niet zo snel trips als nodig is bij een storing, waardoor potentieel gevaarlijke stroomniveaus door het systeem kunnen stromen. Bovendien kunnen kleinere aardingsdraden mogelijk niet in staat zijn om extreme foutstromen te hanteren, wat kan leiden tot oververhitting. In extreme gevallen kan deze oververhitting de draad doen smelten, wat een aanzienlijk brandgevaar creëert en zowel eigendommen als levens in gevaar brengt.

Om de veiligheid en optimale prestaties van een elektrisch systeem te waarborgen, is het essentieel om een aardingsdraad van de juiste grootte te gebruiken. Bijvoorbeeld, in een standaard 100-ampère service met een 150-voet loop, wordt meestal een 8 AWG (American Wire Gauge) aardingsdraad aanbevolen. Voldoen aan deze grootte-eisen helpt bij het voorkomen van elektrische gevaren en zorgt ervoor dat het aardingsysteem effectief functioneert, waardoor betrouwbare bescherming wordt geboden in geval van een storing.