Zakaj je premer zemljiškega voda manjši od premera faze?
Razmerje velikosti zemljiškega vodika
Velikost zemljiškega vodika ne nujno mora ustreza velikosti močnega (faznega ali živega) vodika. Vendar mora strogo upoštevati predpise, ki so določeni v električnih kodeksih, kot je Nacionalni električni kodeks (NEC) v Združenih državah. Več ključnih dejavnikov vpliva na ustrezno velikost zemljiških vodikov:
Čeprav se to ne pogosto zgodi, v situacijah z dolgimi vodiki ali krožnimi sistemom, kjer je bistveno zmanjšanje impedancije, morda bo potrebno povečati velikost zemljiškega vodika. To je zaradi tega, ker dolgi zemljiški vodik lahko doživi značilen padec napetosti, kar poveča upornost zemljiškega poteka. Za odpravljanje tega problema in zagotavljanje varnosti in zanesljivosti električnega sistema morda bo zemljiški vodik prilagojen velikosti faznega vodika.
V določenih električnih namestitvah inženirji lahko izberijo, da bodo zemljiški vodik iste velikosti kot fazni vodik kot dodatna varnostna ukrepa. Ta praksa je posebej razširjena v kritičnih sistemih, kjer bi električne odpade lahko imeli težke posledice, ali v območjih, kjer lokalni električni kodeksi zahtevajo strožje predpise. Z uporabo večjega zemljiškega vodika lahko sistem bolje obvlada tokove pri odklonih, zmanjša tveganje električnih udarcev in poškodbe opreme.
Razumevanje velikosti zemljiškega vodika v električnih krožnih sistemih
Ko je zemljiški vodik manjši od močnega vodika
V mnogih električnih krožnih sistemih je zemljiški (ali zemljiški) vodik tipično manjšega premera kot fazni (živi) in neutralni vodiki, in ta izbira je temeljita na več ključnih dejavnikih:
Funkcija vsakega tipa vodika
Fazni vodik: Ta vodik je odgovoren za prenos celotnega toka bremena med normalnim delovanjem krožnega sistema. Oskrbuje električno energijo povezanim napravam in aparaturi.
Neutralni vodik: Serves kot povratni potok za tok, ki nosi enako količino toka kot fazni vodik nazaj do viru energije.
Zemljiški vodik: Njegova glavna vloga je omogočiti varno pot za tokove pri odklonih, kot so tisti, ki nastanejo med kratkimi zapori ali električnimi utrkom. Z usmerjanjem teh nenormalnih tokov zaščituje opremo in osebje pred električnimi udarci. Ključno je, da zemljiški vodik ni vključen v normalno prenašanje toka v krožnem sistemu.
Zahteve za prenašanje toka
Ker zemljiški vodik prenaša tok le ob odklonih, ni treba, da bi prenašal zvezne toke bremena, kot fazni vodik. Tokovi pri odklonih običajno tečejo le kratko čas, tipično le do tega, da se preklopi tok, kot je preklopni preklop ali ščit, prekine krožni sistem. Tako lahko zemljiški vodik prilagodi velikost, da bi prenašal te kratkotrajne vrhune toke brez pregrevanja. Njegov dizajn mu omogoča, da nosi tokove pri odklonih le dovolj dolgo, da preklopi prekinejo krožni sistem, in kratka trajanje odklonov zmanjša tveganje značilnega segrevanja. To omogoča uporabo manjšega premera vodika, s tem pa zmanjša stroške in porabo materialov, hkrati pa izpolnjuje bistvene varnostne in performansne standarde. Prevelikanje zemljiškega vodika bi povzročilo nepotrebnega stroška brez pomembnih dodatnih varnostnih koristi.
Razmerje padca napetosti
Padec napetosti ni glavna skrb pri oblikovanju zemljiških vodikov, ker ne prenašajo toka zvezno. Poleg tega so zemljiški vodiki pogosto nameščeni v relativno kratkih dolžinah. Ta kratka dolžina omogoča, da se tokovi pri odklonih hitro prenašajo v zemljiški sistem, sprožijo preklop, da prekine krožni sistem, brez presegrevanja vodika. Tako lahko uporabimo manjši premer zemljiškega vodika brez komprometa performanse krožnega sistema.
Standardi velikosti glede na kodeks
Nacionalni električni kodeks (NEC): NEC ponuja podrobne smernice v tabeli 250.122, ki določajo minimalno velikost vodika za zemljiško povezavo (EGC). Ti zahtevi temeljijo na oceni preklopnega preklopa, kot je preklopni preklop ali ščit, ki zaščitijo krožni sistem.
Mednarodna elektrotehnična komisija (IEC): Podobno kot NEC, IEC standardi določajo minimalno velikost zemljiških vodikov. Vendar IEC smernice običajno upoštevajo dejavnike, kot so velikosti faznih vodikov in največji pričakovani tok pri odklonih. Ti kodeksi zagotavljajo, da so zemljiški vodiki prilagodili velikosti - niso preveč majhni, kar bi lahko vodilo do odpadkov ob odklonih, niti preveč veliki, kar bi bilo zelo računsko neučinkovito.
Praktični primeri
Za krožni sistem, zaščiten z 15-amperskim preklopom, je fazni vodik tipično #12 AWG, in zemljiški vodik mora biti vsaj #14 AWG bakra.
Z 20-amperskim preklopom je fazni vodik 10 AWG, in zemljiški vodik mora biti vsaj #12 AWG bakra.
V primeru 50-amperskega preklopa je fazni vodik #6 AWG, in minimalna velikost zemljiškega vodika je 10 AWG bakra.
Za 100-amperski preklop in panel, kjer je servisni kabel #4 AWG, mora biti zemljiški vodik vsaj #8 AWG bakra.
Za 200-ampersko storitev so fazni vodiki vsaj #3/0 AWG, in zemljiški vodik bi moral biti #4 AWG.
Krožni sistemi z zelo velikimi preklopi, kot so tisti, ocenjeni na 600 ampere, zahtevajo zemljiške vodike, ki so proporcionalno veliki, da lahko obvladajo potencialne tokove pri odklonih.
Čeprav je zemljiški vodik manjši od faznega vodika v večini primerov, obstajajo izjeme.
Ko zemljiški vodik ustreza velikosti močnega vodika
Obstajajo specifični scenariji, kjer mora biti zemljiški vodik iste velikosti kot močni vodik:
Povezovalni vodiki
Ko se zemljiški vodiki uporabljajo za povezovalne namene, kot je povezovanje metalnih delov električne opreme z zemljiškim sistemom, morda morajo biti iste velikosti kot močni vodik. To zagotavlja, da lahko učinkovito prenašajo tokove pri odklonih in ohranjajo integriteto povezovalne povezave, s tem pa zagotavljajo zanesljivo zaščito pred električnimi tveganji.
Veliki premer vodikov
Za krožne sisteme, ki uporabljajo velike premere vodikov (npr. 3/0 AWG ali večji), NEC zahteva proporcionalno večje zemljiške vodike. To je za to, da zemljiški sistem lahko obvlada visoke tokove pri odklonih, povezane z velikimi kapacitetami krožnih sistemov, in ohranja varnost električne namestitve.
Posebne aplikacije opreme
Določeni tipi občutljive ali velike kapacitete opreme, kot so fotovoltaične (PV) namestitve, morda zahtevajo zemljiške vodike, ki so iste velikosti kot fazni vodiki. Ta velikost je potrebna, da zagotovi učinkovit prenos tokov pri odklonih in zmanjša impedancijo, s tem pa izboljša splošno varnost in učinkovitost opreme in električnega sistema.
Posledice netočne velikosti zemljiškega vodika
Zemljiški vodik v električnem sistemu ne vedno ustreza velikosti živega ali neutralnega vodika; lahko je malo večji ali manjši. Ko gre za uporabo večjega zemljiškega vodika, čeprav to ne predstavlja tveganja za električni sistem, pride z višjimi stroški zaradi dodatnega materiala. V situacijah, kjer je potrebna dodatna dolžina, lahko uporabimo preklopni škatel, da nadaljujemo vodik, brez komprometa integritete zemljiškega sistema.
V resnici večji zemljiški vodik ponuja več prednosti in lahko v določenih situacijah postane zlasti koristen. Z njihovo nižjo upornostjo večji vodiki učinkovito zmanjšajo padec napetosti, s tem pa zagotavljajo bolj stabilno električno povezavo. To postane zlasti pomembno v sistemih, ki zahtevajo višje kapacitete prenašanja toka. Z zmanjšanjem izgub napetosti večji zemljiški vodik pomaga ohranjati konzistentno električno delovanje, s tem pa izboljša zanesljivost in varnost celotnega sistema.
Na drugi strani uporaba zemljiškega vodika, ki je preveč majhen, lahko vodi do resnih problemov. Manjši vodiki imajo višjo električno upornost, kar lahko moti pravilno delovanje magnetnega mehanizma preklopnega preklopa. To motnje pomeni, da preklop morda ne bo tripl tako hitro, kot bi moral v primeru odklona, omogoča potencialno nevarne ravni toka, da tečejo skozi sistem. Poleg tega manjši zemljiški vodiki morda ne morejo obvladati prekomernih tokov pri odklonih, kar vodi do presegrevanja. V ekstremnih primerih to presegrevanje lahko vodi do taljenja vodika, s tem pa ustvari značilen požarni tveganje in ogroža lastnino in življenja.
Za zagotavljanje varnosti in optimalnega delovanja električnega sistema je bistveno uporabiti zemljiški vodik ustreznih velikosti. Na primer, v standardnem 100-amperskem servisu s 150-stopinjskim tekom se običajno priporoča 8 AWG (American Wire Gauge) zemljiški vodik. Pridrževanje teh smernic za velikost pomaga zaščititi pred električnimi tveganji in zagotavlja, da zemljiški sistem deluje učinkovito, s tem pa zagotavlja zanesljivo zaščito v primeru odklona.
