Чому розмір заземлюючого проводу менший, ніж розмір фазного проводу

Розмірні вимоги до заземлюючого проводу

Розмір заземлюючого проводу не обов'язково повинен відповідати розміру живлення (фазного або гарячого) проводу. Однак його розміри повинні строго дотримуватися правил, викладених у електричних кодексах, таких як Національний електричний кодекс (NEC) у США. Низка ключових факторів впливає на правильне визначення розміру заземлюючих проводів:

Хоча це і не поширена ситуація, при довгих прокладках проводів або колах, де важливо мінімізувати імпеданс, може знадобитися збільшення розміру заземлюючого проводу. Це пов'язано з тим, що довший заземлюючий провід може мати значний спад напруги, що, в свою чергу, збільшує опір шляху заземлення. Для усунення цього питання та забезпечення безпеки та надійності електричної системи, заземлюючий провід може бути розміром, що відповідає фазному провіднику.

У певних електричних встановленнях інженери можуть обрати зробити заземлюючий провід такого ж розміру, як і фазний провід, як додаткова захисна міра. Ця практика особливо поширена в критичних системах, де електричні аварії можуть мати серйозні наслідки, або в регіонах, де місцеві електричні кодекси встановлюють більш суворі вимоги. Використання більшого за розміром заземлюючого проводу дозволяє системі краще обробляти струми відмов, зменшуючи ризик електричного удару та пошкодження обладнання.

Зрозуміння розмірів заземлюючого проводу в електричних колах

Коли заземлюючий провід менший за розміром, ніж живлення

У багатьох електричних колах заземлюючий (або заземлюючий) провід зазвичай має менший розмір порівняно з фазним (гарячим) та нейтральним проводами, і цей вибір базується на кількох ключових факторах:

Функція кожного типу проводу

• Фазний провід: Цей провід відповідає за перенесення повного струму завантаження під час нормальної роботи кола. Він забезпечує електричну енергію для підключених пристроїв та приладів.

• Нейтральний провід: Він служить як шлях повернення струму, переносячи таку ж кількість струму, як і фазний провід, назад до джерела живлення.

Заземлюючий провід: Його основна роль полягає в наданні безпечного шляху для струмів відмов, таких як ті, що генеруються під час коротких замикань або електричних витоків. Відхиляючи ці аномальні струми, він захищає обладнання та захищає персонал від електричного удару. Ключово, що заземлюючий провід не бере участі в нормальному перенесенні струму у колі.

Вимоги до перенесення струму

Оскільки заземлюючий провід проводить струм лише під час аварійних ситуацій, він не повинен обробляти неперервні струми завантаження, як фазний провід. Аварійні струми зазвичай протікають дуже короткий час, зазвичай лише до того моменту, поки пристрій захисту від перевищення струму, такий як автоматичний вимикач або предохранитель, не відключає коло. Таким чином, заземлюючий провід може бути розмірований, щоб витримати ці короткотривалі вибухи, не перегріваючись. Його конструкція дозволяє йому проводити аварійні струми настільки довго, щоб захисні пристрої відключили коло, а короткий тривалість аварійного струму мінімізує ризик значного нагріву. Це дозволяє використовувати провід меншого розміру, зменшуючи витрати та використання матеріалів, але все ж задовольняючи необхідні стандарти безпеки та продуктивності. Перевеличення заземлюючого проводу призвело б до непотрібних витрат без суттєвих додаткових переваг безпеки.

Вимоги до спаду напруги

Спад напруги не є головним питанням при проектуванні заземлюючих проводів, оскільки вони не проводять струм неперервно. Додатково, заземлюючі проводи часто встановлюються на відносно короткі відрізки. Ця коротка довжина дозволяє швидко проводити аварійні струми до заземлення, запускаючи відключення вимикача, не призводячи до перегріву проводу. В результаті можна використовувати провід меншого розміру, не компрометуючи продуктивність кола.

Стандарти розмірів, викладені у кодексах

Національний електричний кодекс (NEC): NEC надає детальні рекомендації у таблиці 250.122, які визначають мінімальний розмір заземлюючого проводу (EGC). Ці вимоги базуються на рейтингу пристрою захисту від перевищення струму, такого як автоматичний вимикач або предохранитель, який захищає коло.

Міжнародна електротехнічна комісія (IEC): Подібно до NEC, стандарт IEC визначає мінімальний розмір заземлюючих проводів. Однак, рекомендації IEC зазвичай враховують фактори, такі як розмір фазних проводів та максимальний очікуваний аварійний струм. Ці кодекси забезпечують, що заземлюючі проводи правильно розміровані - ні занадто маленькі, що могло б призвести до аварії під час відмов, ні занадто великі, що було б марно.

Практичні приклади

• Для кола, захищеного автоматичним вимикачем на 15 ампер, фазний провід зазвичай #12 AWG, а заземлюючий провід повинен бути принаймні #14 AWG мідь.

• З автоматичним вимикачем на 20 ампер, фазний провід 10 AWG, а заземлюючий провід повинен бути принаймні #12 AWG мідь.

• У випадку автоматичного вимикача на 50 ампер, фазний провід  # 6 AWG, а мінімальний розмір заземлюючого проводу 10 AWG мідь.

• Для автоматичного вимикача на 100 ампер та панелі, де службовий кабель #4 AWG, заземлюючий провід повинен бути принаймні #8 AWG мідь.

• Для послуги на 200 ампер, фазні проводи принаймні #3/0 AWG, а заземлюючий провід повинен бути # 4 AWG.

• Кола з дуже великими автоматичними вимикачами, такими як ті, що мають рейтинг 600 ампер, потребують заземлюючих проводів, розмірованих пропорційно, щоб обробляти потенційні аварійні струми.

Хоча заземлюючий провід в більшості випадків менший за розміром, ніж фазний провід, є винятки.

Коли заземлюючий провід відповідає розміру фазного проводу

Існують певні сценарії, коли заземлюючий провід повинен бути такого ж розміру, як і фазний провід:

З'єднуючі проводи

Коли заземлюючі проводи використовуються для з'єднання, наприклад, для з'єднання металевих частин електричного обладнання з системою заземлення, вони можуть бути такого ж розміру, як і фазний провід. Це забезпечує, що вони можуть ефективно проводити аварійні струми та зберігати цілісність з'єднання, надаючи надійну захисту від електричних загроз.

Великі розміри проводів

Для кіл, які використовують великі розміри проводів (наприклад, 3/0 AWG або більше), NEC вимагає пропорційно більших заземлюючих проводів. Це для забезпечення, що система заземлення може обробляти високі аварійні струми, пов'язані з великою ємністю кіл, та підтримувати безпеку електричної встановлення.

Спеціальні застосування обладнання

Певні види чутливого або великого обсягу обладнання, такі як фотovoltaic (PV) встановлення, можуть потребувати заземлюючих проводів, розмірованих відповідно до фазних проводів. Таке розмірування необхідне для забезпечення ефективного потоку аварійних струмів та мінімізації імпедансу, що підвищує загальну безпеку та продуктивність обладнання та електричної системи.

Наслідки неправильного розмірів заземлюючого проводу

Заземлюючий провід в електричній системі не завжди відповідає розміру гарячого або нейтрального проводу; він може бути трохи більшим або меншим. Коли йдеться про використання більшого заземлюючого проводу, хоча це не несе ризику для електричної системи, це призводить до збільшення витрат через додатковий матеріал. У випадках, коли потрібна додаткова довжина, можна використовувати розподільчу коробку для продовження проводу без ушкодження цілісності системи заземлення.

Насправді, більший заземлюючий провід має ряд переваг і може бути особливо корисним в певних сценаріях. З нижчим опором, великі проводи ефективно зменшують спад напруги, забезпечуючи більш стабільне електричне з'єднання. Це стає особливо важливим в системах, які потребують більшої ємності перенесення струму. Зменшуючи втрати напруги, більший заземлюючий провід допомагає підтримувати сталу електричну продуктивність, підвищуючи надійність та безпеку загальної системи.

Навпаки, використання заземлюючого проводу, що є занадто малим, може призвести до серйозних проблем. Менші проводи мають більший електричний опір, що може завадити нормальній роботі магнітного механізму відключення автоматичного вимикача. Це заважає тому, що вимикач може не відключитися так швидко, як слід під час аварії, дозволяючи потенційно небезпечні рівні струму протікати через систему. Більше того, менші заземлюючі проводи можуть не змогти обробляти надмірні аварійні струми, що призводить до перегріву. У крайньому випадку, цей перегрів може призвести до топлення проводу, створюючи значний пожежний ризик та загрожуючи власності та життям.

Для забезпечення безпеки та оптимальної продуктивності електричної системи, важливо використовувати заземлюючий провід відповідного розміру. Наприклад, у стандартному послуговому з'єднанні на 100 ампер з довжиною 150 футів, зазвичай рекомендується використовувати заземлюючий провід 8 AWG (American Wire Gauge). Дотримання цих рекомендацій розмірів допомагає захистити від електричних загроз та забезпечує, що система заземлення працює ефективно, надаючи надійну захисту в разі аварії.