Hvorfor er jordledningen mindre enn faseledningen

Overveier for størrelse på jordleder

Størrelsen på et jordleder trenger ikke nødvendigvis å matche strømlederen (fas eller hovedleder). Imidlertid må dimensjonene strengt følge reglene som er angitt i elektriske standarder, som for eksempel National Electrical Code (NEC) i USA. Flere viktige faktorer påvirker den riktige størrelsen av jordleder:

Selv om det ikke er vanlig, kan i situasjoner med lange ledelengder eller kretser der det er viktig å minimere impedansen, jordleder måtte økes i størrelse. Dette skyldes at et lengre jordleder kan oppleve en betydelig spenningsfall, som igjen øker motstanden i jordingsbanen. For å løse dette problemet og sikre sikkerheten og påliteligheten til elektriske systemer, kan jordleder størrelsesmessig matche faslederen.

I spesifikke elektriske installasjoner kan ingeniører velge å gjøre jordleder samme størrelse som fasleder som en ekstra sikkerhetsforanstaltning. Denne praksisen er spesielt vanlig i kritiske systemer hvor elektriske feil kan ha alvorlige konsekvenser, eller i områder der lokale elektriske standarder stiller høyere krav. Ved å bruke et større jordleder, kan systemet bedre håndtere feilstrømmer, noe som reduserer risikoen for elektrisk støt og utstyrsskade.

Forståelse av størrelse på jordleder i elektriske kretser

Når jordleder er mindre enn strømleder

I mange elektriske kretser er jord- (eller jordings-) leder typisk mindre i kaliber sammenlignet med fas- (hoved-) og nøytral-leder, og denne designvalget baserer seg på flere viktige faktorer:

Funksjon av hver type leder

• Fasleder: Denne lederen er ansvarlig for å bære full laststrøm under normal kretsdrift. Den leverer elektrisk strøm til tilkoblede enheter og apparater.

• Nøytral-leder: Den fungerer som returbane for strømmen, og bærer samme mengde strøm som fasleder tilbake til strømkilden.

Jordleder: Dens primære rolle er å gi en trygg vei for feilstrømmer, som de som genereres under kortslutninger eller elektrisk lekkasje. Ved å omledde disse uvanlige strømmene, beskytter den utstyr og personell mot elektrisk støt. Det er viktig å merke seg at jordleder ikke er involvert i den normale strømbærende operasjonen av kretsen.

Krav for strømbæring

Siden jordleder bare leder strøm under feilsituasjoner, behøver den ikke håndtere kontinuerlige laststrømmer som fasleder. Feilstrømmer flyter vanligvis bare for en svært kort varighet, typisk kun til en overstrømsbeskyttelsesenhet, som en sirkuitsbryter eller fusespenner, slår ut for å avbryte kretsen. Dermed kan jordleder størrelsesmessig justeres for å tåle disse korte varighetene uten å overhete. Designet tillater det å lede feilstrømmer nettopp lenge nok for beskyttende enheter å skille kretsen, og den korte feilvarigheten minimerer risikoen for betydelig varmegenerering. Dette gjør det mulig å bruke et mindre kaliberleder, noe som reduserer kostnader og materialbruk samtidig som det imøtekommer nødvendige sikkerhets- og ytelsesstandarder. Å oversize jordleder ville innebære unødvendige utgifter uten å gi betydelige ekstra sikkerhetsfordeler.

Overveier vedrørende spenningsfall

Spenningsfall er ikke et viktig bekymringsmoment i design av jordleder, da de ikke bærer strøm kontinuerlig. I tillegg er jordleder ofte installert i relativt korte lengder. Denne korte lengden tillater at feilstrømmer raskt ledes til jorden, som utløser at bryteren slår ut uten å forårsake overheting av lederen. Dermed kan et mindre kaliber jordleder brukes uten å kompromittere kretsens ytelse.

Standarder for størrelse basert på kode

National Electrical Code (NEC): NEC gir detaljerte retningslinjer i tabell 250.122 som spesifiserer minimumsstørrelsen på utstyrsgjordingsleder (EGC). Disse kravene er basert på ratingen av overstrømsbeskyttelsesenheten, som en sirkuitsbryter eller fusespenner, som beskytter kretsen.

International Electrotechnical Commission (IEC): Lignende NEC, definerer IEC-standarder minimumsstørrelsen på jordingsledere. Imidlertid tar IEC-retningslinjer vanligvis hensyn til faktorer som størrelsen på faslederne og den maksimale forventede feilstrømmen. Disse kodene sikrer at jordleder er riktig størrelsesmessig - hverken for små, noe som kunne føre til mislykking under feilsituasjoner, eller for store, noe som ville være spild.

Praktiske eksempler

• For en krets beskyttet av en 15-ampere bryter, er hovedlederen typisk #12 AWG, og jordleder må være minst #14 AWG kobber.

• Med en 20-ampere bryter, er hovedlederen 10 AWG, og jordleder bør være minst #12 AWG kobber.

• I tilfelle en 50-ampere bryter, er hovedlederen #6 AWG, og minimumsstørrelsen for jordleder er 10 AWG kobber.

• For en 100-ampere bryter og panel, hvor servicekabellet er #4 AWG, må jordleder være minst #8 AWG kobber.

• For en 200-ampere tjeneste, er hovedlederne minst #3/0 AWG, og jordleder bør være #4 AWG.

• Kretser med svært store brytere, som de som er rated til 600 amper, krever jordleder størrelsesmessig proporsjonert for å håndtere potensielle feilstrømmer.

Selv om jordleder er mindre enn fasleder i de fleste tilfeller, finnes det unntak.

Når jordleder matcher strømlederstørrelsen

Det finnes spesifikke situasjoner der jordleder må være samme størrelse som strømleder:

Bindingledere

Når jordleder brukes for bindingformål, som å koble metalldele av elektrisk utstyr til jordingsystemet, kan de måtte være samme størrelse som strømleder. Dette sikrer at de effektivt kan lede feilstrømmer og opprettholde integriteten av bindingforbindelsen, noe som gir pålitelig beskyttelse mot elektriske farer.

Store kaliberledere

For kretser som bruker store kaliberledere (f.eks. 3/0 AWG eller større), forplikter NEC proporsjonalt større jordleder. Dette er for å sikre at jordingsystemet kan håndtere de høye feilstrømmene assosiert med store kapasitetskrefter og opprettholde sikkerheten i elektrisk installasjon.

Spesielle utstyrtilfeller

Visse typer sensitive eller høykapasitetsutstyr, som fotovoltaiske (PV) installasjoner, kan kreve jordleder størrelsesmessig matchende fasleder. Denne størrelsen er nødvendig for å sikre effektiv feilstrømflyt og minimere impedans, noe som forbedrer den totale sikkerheten og ytelsen av utstyret og elektrisk system.

Konsekvenser av feil størrelse på jordleder

Jordleder i et elektrisk system matcher ikke alltid størrelsen på hoved- eller nøytral-leder; den kan være enten litt større eller mindre. Når det gjelder bruk av en større jordleder, presenterer det ingen risiko for elektrisk system, men det kommer med økte kostnader grunnet den ekstra materialebehov. I situasjoner der ekstra lengde er nødvendig, kan en forbindelseskasse brukes for å utvide lederen uten å kompromittere integriteten av jordingsystemet.

I virkeligheten gir en større jordleder flere fordeler og kan være spesielt nyttig i visse scenarier. Med sin lavere motstand, reduserer større ledere effektivt spenningsfall, noe som sikrer en mer stabil elektrisk forbindelse. Dette blir spesielt viktig i systemer som krever høyere strømbærende kapasitet. Ved å minimere spenningstap, hjelper en større jordleder med å opprettholde konsistent elektrisk ytelse, noe som forbedrer påliteligheten og sikkerheten i det totale systemet.

På motsatt side kan bruk av en for liten jordleder føre til alvorlige problemer. Mindre ledere har høyere elektrisk motstand, noe som kan forstyrre den normale funksjonen av en sirkuitsbryters magnetiske utslagsmekanisme. Dette betyr at bryteren kan ikke utløse så raskt som den burde under en feilsituasjon, noe som lar potensielt farlige strømnivåer flyte gjennom systemet. I tillegg kan mindre jordleder ikke håndtere ekstreme feilstrømmer, noe som kan føre til overheting. I ekstreme tilfeller kan denne overhetingen føre til at lederen smelter, noe som skaper en betydelig brannfare og setter både eiendom og liv i fare.

For å sikre sikkerheten og optimal ytelse av et elektrisk system, er det essensielt å bruke en jordleder av passende størrelse. For eksempel, i en standard 100-ampere tjeneste med en 150-fots kjøring, anbefales typisk en 8 AWG (American Wire Gauge) jordleder. Ved å følge disse størrelsesretningslinjene, bidrar man til å verne mot elektriske farer og sikre at jordingsystemet fungerer effektivt, noe som gir pålitelig beskyttelse i tilfelle en feil.