Por que o Tamanho do Fio de Terra é Menor que o Fio Fase?
Considerações sobre o Dimensionamento do Fio de Aterramento
O tamanho do fio de aterramento não precisa necessariamente corresponder ao do fio de alimentação (fase ou quente). No entanto, suas dimensões devem estritamente seguir as regulamentações estabelecidas nos códigos elétricos, como o National Electrical Code (NEC) nos Estados Unidos. Vários fatores-chave influenciam o dimensionamento adequado dos fios de aterramento:
Embora não seja uma ocorrência comum, em situações envolvendo longas extensões de fios ou circuitos onde a minimização da impedância é crucial, o fio de aterramento pode precisar ser aumentado em tamanho. Isso ocorre porque um fio de aterramento mais longo pode experimentar uma queda significativa de tensão, o que, por sua vez, aumenta a resistência do caminho de aterramento. Para mitigar esse problema e garantir a segurança e confiabilidade do sistema elétrico, o fio de aterramento pode ser dimensionado para corresponder ao condutor de fase.
Em instalações elétricas específicas, engenheiros podem optar por fazer o fio de aterramento do mesmo tamanho do fio de fase como uma medida adicional de segurança. Essa prática é particularmente prevalente em sistemas críticos onde falhas elétricas podem ter consequências graves, ou em áreas onde os códigos elétricos locais impõem requisitos mais rigorosos. Ao usar um fio de aterramento de maior tamanho, o sistema pode lidar melhor com correntes de falta, reduzindo o risco de choque elétrico e danos ao equipamento.
Compreendendo o Dimensionamento do Fio de Aterramento em Circuitos Elétricos
Quando o Fio de Aterramento é Menor que o Fio de Alimentação
Em muitos circuitos elétricos, o fio de aterramento (ou aterrado) geralmente tem menor calibre em comparação com os fios de fase (quente) e neutro, e essa escolha de design é baseada em vários fatores-chave:
Função de Cada Tipo de Fio
Fio de Fase: Este fio é responsável por transportar a corrente total durante a operação normal do circuito. Ele fornece energia elétrica aos dispositivos e eletrodomésticos conectados.
Fio Neutro: Serve como o caminho de retorno para a corrente, transportando a mesma quantidade de corrente do fio de fase de volta à fonte de energia.
Fio de Aterramento: Seu papel principal é fornecer um caminho seguro para correntes de falta, como aquelas geradas durante curtos-circuitos ou vazamentos elétricos. Ao desviar essas correntes anormais, ele protege o equipamento e protege o pessoal contra choques elétricos. Importante, o fio de aterramento não está envolvido na operação normal de transporte de corrente do circuito.
Requisitos de Transporte de Corrente
Como o fio de aterramento conduz corrente apenas durante condições de falta, ele não precisa lidar com correntes de carga contínuas como o fio de fase. As correntes de falta geralmente fluem por um período muito breve, tipicamente até que um dispositivo de proteção contra sobrecorrente, como um disjuntor ou fusível, dispare para interromper o circuito. Como resultado, o fio de aterramento pode ser dimensionado para suportar essas surtos de curta duração sem superaquecer. Seu design permite que ele transporte correntes de falta tempo suficiente para que os dispositivos protetores desconectem o circuito, e a duração curta da falta minimiza o risco de acúmulo significativo de calor. Isso permite o uso de um fio de menor calibre, reduzindo custos e uso de material, enquanto ainda atende aos padrões essenciais de segurança e desempenho. O dimensionamento excessivo do fio de aterramento incorreria em despesas desnecessárias sem oferecer benefícios de segurança substanciais adicionais.
Considerações sobre Queda de Tensão
A queda de tensão não é uma preocupação importante no dimensionamento dos fios de aterramento, pois eles não transportam corrente continuamente. Além disso, os fios de aterramento são frequentemente instalados em comprimentos relativamente curtos. Este comprimento curto permite que as correntes de falta sejam rapidamente conduzidas ao solo, acionando o disjuntor para disparar sem causar superaquecimento do fio. Consequentemente, um fio de aterramento de menor calibre pode ser usado sem comprometer o desempenho do circuito.
Padrões de Dimensionamento Baseados em Códigos
National Electrical Code (NEC): O NEC fornece diretrizes detalhadas na Tabela 250.122 que especificam o tamanho mínimo do condutor de aterramento de equipamentos (EGC). Esses requisitos são baseados na classificação do dispositivo de proteção contra sobrecorrente, como um disjuntor ou fusível, que protege o circuito.
International Electrotechnical Commission (IEC): Semelhante ao NEC, os padrões IEC definem o tamanho mínimo dos condutores de aterramento. No entanto, as diretrizes IEC geralmente consideram fatores como o tamanho dos condutores de fase e a corrente de falta máxima esperada. Esses códigos garantem que os fios de aterramento sejam adequadamente dimensionados - nem muito pequenos, o que poderia levar a falhas durante as faltas, nem excessivamente grandes, o que seria desperdício.
Exemplos Práticos
Para um circuito protegido por um disjuntor de 15 amperes, o fio quente é tipicamente #12 AWG, e o fio de aterramento deve ser pelo menos #14 AWG de cobre.
Com um disjuntor de 20 amperes, o fio quente é 10 AWG, e o fio de aterramento deve ser pelo menos #12 AWG de cobre.
No caso de um disjuntor de 50 amperes, o fio quente é #6 AWG, e o tamanho mínimo para o fio de aterramento é 10 AWG de cobre.
Para um disjuntor e painel de 100 amperes, onde o cabo de serviço é #4 AWG, o fio de aterramento deve ser pelo menos #8 AWG de cobre.
Para um serviço de 200 amperes, os fios quentes são pelo menos #3/0 AWG, e o fio de aterramento deve ser #4 AWG.
Circuitos com disjuntores muito grandes, como aqueles classificados em 600 amperes, requerem fios de aterramento dimensionados proporcionalmente para lidar com as correntes de falta potenciais.
Embora o fio de aterramento seja menor que o fio de fase na maioria dos casos, existem exceções.
Quando o Fio de Aterramento Tem o Mesmo Tamanho do Fio de Alimentação
Existem cenários específicos em que o fio de aterramento deve ter o mesmo tamanho do fio de alimentação:
Condutores de Ligação
Quando os fios de aterramento são usados para fins de ligação, como conectar as partes metálicas de equipamentos elétricos ao sistema de aterramento, eles podem precisar ser do mesmo tamanho do fio de alimentação. Isso garante que eles possam efetivamente transportar correntes de falta e manter a integridade da conexão de ligação, fornecendo proteção confiável contra perigos elétricos.
Condutos de Grande Calibre
Para circuitos que utilizam condutores de grande calibre (por exemplo, 3/0 AWG ou maior), o NEC exige fios de aterramento proporcionalmente maiores. Isso é para garantir que o sistema de aterramento possa lidar com as correntes de falta associadas a circuitos de alta capacidade e manter a segurança da instalação elétrica.
Aplicações Especiais de Equipamentos
Certos tipos de equipamentos sensíveis ou de alta capacidade, como instalações fotovoltaicas (PV), podem exigir fios de aterramento dimensionados para corresponder aos fios de fase. Este dimensionamento é necessário para garantir o fluxo eficiente de corrente de falta e minimizar a impedância, melhorando assim a segurança e o desempenho geral do equipamento e do sistema elétrico.
As Implicações do Dimensionamento Incorreto do Fio de Aterramento
O fio de aterramento em um sistema elétrico nem sempre corresponde ao tamanho dos fios quente ou neutro; pode ser ligeiramente maior ou menor. Quando se trata de usar um fio de aterramento maior, embora não represente risco para o sistema elétrico, isso vem com custos aumentados devido ao material adicional necessário. Em situações em que é necessário um comprimento extra, uma caixa de junção pode ser usada para estender o fio sem comprometer a integridade do sistema de aterramento.
Na verdade, um fio de aterramento maior oferece várias vantagens e pode ser particularmente benéfico em certos cenários. Com sua resistência menor, fios maiores reduzem efetivamente a queda de tensão, garantindo uma conexão elétrica mais estável. Isso se torna especialmente crucial em sistemas que exigem capacidades de transporte de corrente mais altas. Ao minimizar a perda de tensão, um fio de aterramento maior ajuda a manter o desempenho elétrico consistente, melhorando a confiabilidade e a segurança do sistema geral.
Por outro lado, usar um fio de aterramento muito pequeno pode levar a problemas sérios. Fios menores têm maior resistência elétrica, o que pode interferir no funcionamento adequado do mecanismo de disparo magnético do disjuntor. Essa interferência significa que o disjuntor pode não disparar tão rapidamente quanto deveria em caso de falta, permitindo que níveis potencialmente perigosos de corrente fluam pelo sistema. Além disso, fios de aterramento menores podem não ser capazes de lidar com correntes de falta excessivas, levando ao superaquecimento. Em casos extremos, esse superaquecimento pode causar o derretimento do fio, criando um risco significativo de incêndio e colocando em risco tanto a propriedade quanto vidas.
Para garantir a segurança e o desempenho ótimo de um sistema elétrico, é essencial usar um fio de aterramento de tamanho apropriado. Por exemplo, em um serviço padrão de 100 amperes com uma extensão de 150 pés, um fio de aterramento de 8 AWG (American Wire Gauge) é geralmente recomendado. Seguir essas diretrizes de dimensionamento ajuda a proteger contra perigos elétricos e garante que o sistema de aterramento funcione eficazmente, fornecendo proteção confiável em caso de falta.
