Почему размер заземляющего провода меньше размера фазного провода?

Рассмотрение размеров заземляющего провода

Размер заземляющего провода не обязательно должен соответствовать размеру силового (фазного или горячего) провода. Однако его размеры должны строго соответствовать требованиям, изложенным в электрических нормативных документах, таких как Национальный электрический код (NEC) в Соединенных Штатах. На правильное определение размеров заземляющих проводов влияют несколько ключевых факторов:

Хотя это и не является обычным явлением, в ситуациях, связанных с длинными проводами или цепями, где важно минимизировать импеданс, может потребоваться увеличение размера заземляющего провода. Это связано с тем, что более длинный заземляющий провод может испытывать значительное падение напряжения, что, в свою очередь, увеличивает сопротивление пути заземления. Для устранения этой проблемы и обеспечения безопасности и надежности электрической системы, размер заземляющего провода может быть приведен в соответствие с фазным проводником.

В определенных электрических установках инженеры могут выбрать заземляющий провод такого же размера, как и фазный, в качестве дополнительной меры безопасности. Эта практика особенно распространена в критически важных системах, где электрические отказы могут иметь серьезные последствия, или в регионах, где местные электрические нормы предъявляют более строгие требования. Использование заземляющего провода большего размера позволяет системе лучше справляться с токами короткого замыкания, снижая риск поражения электрическим током и повреждения оборудования.

Понимание размеров заземляющего провода в электрических цепях

Когда заземляющий провод меньше, чем силовой провод

В многих электрических цепях заземляющий (или заземляющий) провод обычно имеет меньший диаметр по сравнению с фазным (горячим) и нейтральным проводами, и этот выбор основан на нескольких ключевых факторах:

Функции каждого типа провода

• Фазный провод: Этот провод отвечает за передачу полного нагрузочного тока при нормальной работе цепи. Он подает электроэнергию на подключенные устройства и приборы.

• Нейтральный провод: Он служит возвратным путем для тока, передавая такое же количество тока, как и фазный провод, обратно к источнику питания.

Заземляющий провод: Его основная роль заключается в обеспечении безопасного пути для токов короткого замыкания, таких как те, которые возникают при коротком замыкании или утечке электричества. Отводя эти аномальные токи, он защищает оборудование и персонал от поражения электрическим током. Критически важно, что заземляющий провод не участвует в нормальной передаче тока в цепи.

Требования к передаче тока

Поскольку заземляющий провод проводит ток только при аварийных условиях, он не нуждается в способности передавать постоянные нагрузочные токи, как фазный провод. Токи короткого замыкания обычно текут очень недолго, обычно до тех пор, пока устройство защиты от сверхтоков, такое как автоматический выключатель или предохранитель, не разорвет цепь. В результате, заземляющий провод можно спроектировать таким образом, чтобы он мог выдерживать эти кратковременные скачки без перегрева. Его конструкция позволяет ему проводить токи короткого замыкания достаточно долго, чтобы защитные устройства успели разорвать цепь, а кратковременная продолжительность тока минимизирует риск значительного нагрева. Это позволяет использовать провод меньшего сечения, снижая затраты и использование материалов, при этом соблюдая необходимые стандарты безопасности и производительности. Переразмеривание заземляющего провода привело бы к ненужным расходам, не предлагая существенных дополнительных преимуществ в плане безопасности.

Рассмотрение падения напряжения

Падение напряжения не является значительной проблемой при проектировании заземляющих проводов, поскольку они не передают ток постоянно. Кроме того, заземляющие провода часто устанавливаются на относительно короткие расстояния. Это короткое расстояние позволяет быстро проводить токи короткого замыкания к заземлению, вызывая срабатывание автомата без перегрева провода. Следовательно, можно использовать заземляющий провод меньшего размера, не компрометируя работу цепи.

Стандарты размеров, основанные на нормативных документах

Национальный электрический код (NEC): NEC предоставляет подробные руководства в таблице 250.122, которые указывают минимальный размер заземляющего проводника (EGC). Эти требования основаны на номинале устройства защиты от сверхтоков, такого как автоматический выключатель или предохранитель, который защищает цепь.

Международная электротехническая комиссия (IEC): Аналогично NEC, стандарты IEC определяют минимальный размер заземляющих проводников. Однако, руководства IEC обычно учитывают такие факторы, как размер фазных проводников и максимальный ожидаемый ток короткого замыкания. Эти коды обеспечивают, чтобы заземляющие провода были правильно размерированы - ни слишком маленькие, что могло бы привести к отказу при авариях, ни чрезмерно большие, что было бы расточительно.

Практические примеры

• Для цепи, защищенной автоматическим выключателем на 15 ампер, фазный провод обычно имеет сечение #12 AWG, а заземляющий провод должен быть не менее #14 AWG меди.

• С автоматическим выключателем на 20 ампер, фазный провод составляет 10 AWG, а заземляющий провод должен быть не менее #12 AWG меди.

• В случае автоматического выключателя на 50 ампер, фазный провод составляет #6 AWG, а минимальный размер заземляющего провода - 10 AWG меди.

• Для автоматического выключателя и щитка на 100 ампер, где кабель питания имеет сечение #4 AWG, заземляющий провод должен быть не менее #8 AWG меди.

• Для обслуживания на 200 ампер, фазные провода составляют не менее #3/0 AWG, а заземляющий провод должен быть #4 AWG.

• Цепи с очень большими автоматическими выключателями, такими как те, которые рассчитаны на 600 ампер, требуют заземляющих проводов, размер которых пропорционален для обработки потенциальных токов короткого замыкания.

Хотя заземляющий провод обычно меньше, чем фазный провод, есть исключения.

Когда заземляющий провод соответствует размеру силового провода

Существуют конкретные ситуации, когда заземляющий провод должен быть такого же размера, как и силовой провод:

Проводники для соединений

Когда заземляющие провода используются для соединения, например, для подключения металлических частей электрического оборудования к системе заземления, они могут быть того же размера, что и силовой провод. Это обеспечивает их способность эффективно передавать токи короткого замыкания и поддерживать целостность соединения, предоставляя надежную защиту от электрических опасностей.

Большие проводники

Для цепей, использующих проводники большого сечения (например, 3/0 AWG или больше), NEC требует пропорционально больших заземляющих проводов. Это необходимо, чтобы система заземления могла справиться с высокими токами короткого замыкания, связанными с цепями большой мощности, и обеспечить безопасность электрической установки.

Специальные применения оборудования

Определенные типы чувствительного или высокопроизводительного оборудования, такие как фотоэлектрические (PV) установки, могут требовать заземляющих проводов, размер которых соответствует размеру фазных проводов. Такое размерирование необходимо для обеспечения эффективного потока токов короткого замыкания и минимизации импеданса, что, в свою очередь, улучшает общую безопасность и производительность оборудования и электрической системы.

Последствия неправильного размерирования заземляющего провода

Заземляющий провод в электрической системе не всегда соответствует размеру фазного или нейтрального провода; он может быть немного больше или меньше. Когда используется заземляющий провод большего размера, хотя это не представляет риска для электрической системы, это приводит к увеличению затрат из-за необходимости дополнительного материала. В случаях, когда требуется дополнительная длина, можно использовать соединительную коробку для удлинения провода, не нарушая целостности системы заземления.

На самом деле, заземляющий провод большего размера предлагает несколько преимуществ и может быть особенно полезен в определенных ситуациях. Благодаря своему меньшему сопротивлению, большие провода эффективно снижают падение напряжения, обеспечивая более стабильное электрическое соединение. Это становится особенно важным в системах, требующих высокой пропускной способности. Минимизация потерь напряжения помогает поддерживать стабильную работу электрической системы, повышая ее надежность и безопасность.

Наоборот, использование заземляющего провода, который слишком мал, может привести к серьезным проблемам. Меньшие провода имеют большее электрическое сопротивление, что может помешать нормальному функционированию магнитного механизма срабатывания автоматического выключателя. Это означает, что автоматический выключатель может не сработать так быстро, как это необходимо при возникновении аварии, позволяя потоку опасного уровня тока проходить через систему. Кроме того, заземляющие провода меньшего размера могут не справиться с чрезмерными токами короткого замыкания, что приводит к перегреву. В экстремальных случаях перегрев может вызвать плавление провода, создавая значительную пожарную опасность и угрожая имуществу и жизни.

Чтобы обеспечить безопасность и оптимальную производительность электрической системы, необходимо использовать заземляющий провод соответствующего размера. Например, для стандартного обслуживания на 100 ампер с протяженностью 150 футов, рекомендуется использовать заземляющий провод 8 AWG (American Wire Gauge). Соблюдение этих стандартов размеров помогает защититься от электрических опасностей и обеспечивает эффективное функционирование системы заземления, предоставляя надежную защиту в случае аварии.