Calcolatore della dimensione del filo di terra: come dimensionare correttamente i conduttori di terra

A 400 A feeder with 500 kcmil copper phase conductors is ready for inspection. The installer used a 6AWG equipment grounding conductor. The inspector checks the overcurrent device rating and asks for the calculation. The correct minimum copper size from NEC Table 250.122 is 3 AWG, and because the phase conductors were upsized for voltage drop, the grounding conductor may need to be larger still. This is where a calcolatore della dimensione del filo di terra guadagna il suo posto: dovrebbe applicare la regola governativa, mostrare la dimensione di base e contrassegnare gli aggiustamenti.

La risposta breve: dimensionare prima il conduttore di messa a terra dell'apparecchiatura in base alla classificazione del dispositivo di protezione da sovracorrente, quindi adeguarlo al materiale del conduttore, ai percorsi paralleli e all'eventuale sovradimensionamento dei conduttori di fase. Una calcolatrice è utile solo quando espone questi passaggi anziché nasconderli dietro un singolo numero.

Cosa dovrebbe effettivamente fare un calcolatore della dimensione del filo di terra

Un calcolatore affidabile è un aiuto decisionale, non un oracolo. Per un tipico alimentatore a bassa tensione, dovrebbe richiedere la classificazione del dispositivo di sovracorrente, il materiale del conduttore di terra, l'edizione del codice e se il circuito utilizza canaline parallele. Dovrebbe quindi restituire una dimensione minima e un breve elenco di controlli.

Tale output è importante perché il dimensionamento del conduttore di terra non è lo stesso del dimensionamento del conduttore di fase. I conduttori di fase sono selezionati per portata e caduta di tensione; il conduttore di messa a terra dell'apparecchiatura è selezionato per trasportare la corrente di guasto in modo sicuro finché il dispositivo di sovracorrente non elimina il guasto. Una calcolatrice che richiede solo la corrente di carico sta rispondendo alla domanda sbagliata.

Gli input utili includono:

• Valori nominali del dispositivo di sovracorrente e curva di intervento, non solo la corrente di carico.
• Conduttore di terra in rame o alluminio, perché le dimensioni minime differiscono.
• Edizione del codice e tipo di installazione, ad esempio alimentatore, circuito derivato, servizio o sistema derivato separatamente.
• Se i conduttori di fase sono messi in parallelo in più canaline.
• Se i conduttori di fase sono stati ingranditi al di sopra della dimensione di portata minima.

La regola fondamentale: iniziare con il dispositivo contro la sovracorrente

Secondo NEC 250.122, il conduttore di messa a terra dell'apparecchiatura per un circuito alimentatore o derivato è generalmente dimensionato in base alla potenza nominale del dispositivo di sovracorrente a monte del circuito. Le dimensioni comuni del rame sono 14AWG a 15 A, 12 AWG a 20A, 8AWG a 100A, 6AWG a 200A e 3 AWG a 400 A. La tabella è la linea di base.

Altri standard utilizzano una logica diversa. Le norme IEC 60364 e BS 7671 spesso iniziano con l'area della sezione trasversale del conduttore di linea e applicano un rapporto o una verifica adiabatica. Ecco perché una calcolatrice deve indicare quale codice segue. Un numero senza riferimento al codice non è un risultato di progettazione; è un'ipotesi con il punto decimale.

Dalla classificazione dell'interruttore alla dimensione del conduttore: un esempio pratico

Prendi un alimentatore trifase da 400 A con conduttori di fase in rame e terminazioni a 75°C. L'EGC di base in rame della Tabella 250.122 è 3 AWG. Se lo stesso circuito utilizzasse l'alluminio, la dimensione della base sarebbe 1 AWG. Se i conduttori di fase fossero aumentati da 500 kcmil a 600 kcmil per la caduta di tensione, NEC 250.122(B) potrebbe richiedere che l'EGC venga aumentato proporzionalmente. La calcolatrice dovrebbe contrassegnare tale condizione, non restituire silenziosamente 3 AWG.

Il grafico seguente mostra perché il risultato non è lineare. Un circuito da 100 A può utilizzare rame da 8 AWG, mentre un circuito da 1000 A può utilizzare rame da 2/0 AWG. Il salto riflette la corrente di guasto e le prestazioni di eliminazione, non un semplice rapporto tra ampere e diametro del filo.

Le altezze delle barre sono illustrative. Il punto pratico è che la dimensione del conduttore di terra è legata al dispositivo di protezione e al percorso del guasto, quindi un calcolatore dovrebbe mostrare la base del codice e i flag di regolazione accanto al risultato.

Dove i calcolatori sbagliano: materiale, temperatura e installazione

Il materiale è il primo errore comune. I conduttori di messa a terra in alluminio sono consentiti in molte installazioni, ma richiedono dimensioni maggiori rispetto al rame per lo stesso valore di sovracorrente. Hanno anche bisogno di connettori in alluminio e protezione dalla corrosione. Una calcolatrice che restituisce una dimensione del rame e lascia vuoto il campo del materiale non è completa.

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La seconda lacuna è la temperatura e la tenuta al cortocircuito. La tabella fornisce una dimensione minima per l'eliminazione del guasto, ma non dimostra che il conduttore possa sopravvivere a un'elevata corrente di guasto disponibile per il tempo di eliminazione. Un controllo adiabatico utilizzando il materiale del conduttore, i limiti di temperatura e il tempo di ripristino del dispositivo di protezione potrebbe richiedere un conduttore più grande. Ciò è particolarmente rilevante in prossimità di trasformatori di grandi dimensioni e in sistemi industriali con elevata energia di guasto.

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Il metodo di installazione è il terzo divario. I conduttori di fase paralleli in canaline separate richiedono generalmente un conduttore di messa a terra dell'apparecchiatura di dimensioni standard in ciascuna canalina secondo NEC 250.122(F). Un calcolatore che tratta un alimentatore parallelo come un unico grande circuito può sottostimare il rame totale richiesto. Anche le installazioni con interramento diretto, passerelle e canaline influiscono sulla scelta dei connettori e sulla protezione dalla corrosione.

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Quando la dimensione calcolata rientra tra i prodotti standard, scegliere il conduttore disponibile immediatamente più grande. Per il filo a trefoli in acciaio rivestito in rame, il filo a trefoli in rame e la barra in rame, verificare la compatibilità dell'area della sezione trasversale, del materiale e della terminazione.

Un flusso di lavoro pratico per il dimensionamento

Usa la calcolatrice come un controllo strutturato, non come una scatola nera. Un flusso di lavoro pratico è simile al seguente:

1. Identificare il circuito, il dispositivo di sovracorrente e l'edizione del codice governativo; registrare la valutazione del dispositivo e il tempo di cancellazione, se disponibile.
2. Trovare la dimensione del conduttore di messa a terra di base dalla tabella dei codici utilizzando la classificazione del dispositivo di sovracorrente e il materiale del conduttore.
3. Controllare se i conduttori di fase sono stati dimensionati al di sopra della dimensione di portata minima. In tal caso, applicare la regola dell'aumento proporzionale.
4. Controllare le piste parallele. Se il circuito è in parallelo, verificare se ciascuna canalizzazione necessita di un conduttore di terra di dimensioni standard.
5. Eseguire un controllo di resistenza al cortocircuito per le posizioni con elevata corrente di guasto. Aumentare le dimensioni se la dimensione del tavolo non è in grado di sopportare l'energia di guasto.
6. Abbina il conduttore ai connettori, ai morsetti e alle terminazioni elencati. Confermare la compatibilità dei materiali e la protezione dalla corrosione.
7. Documentare gli input, i riferimenti ai codici, i risultati e le modifiche nel disegno di progetto o nel registro delle ispezioni.

Per il lato conduttore e connessione del progetto, rivedere la disponibilità conduttori di terra e l'abbinamento connettori per aste di terra prima di rilasciare la distinta base.

Leggere il risultato: cosa dovrebbe dirti l'output

L'output di una buona calcolatrice è composto da tre parti: la dimensione minima del codice, la regola di governo e i flag di regolazione. Se il risultato dice "rame 3 AWG" senza indicare il dispositivo da 400 A, la tabella NEC, lo stato di esecuzione in parallelo e il controllo dell'ingrandimento, il progettista ha ancora del lavoro da fare. Lo stesso numero può essere corretto in un'installazione ed errato in un'altra.

Prestare attenzione alla differenza tra la taglia minima e la taglia selezionata. La dimensione minima è il code floor. La dimensione selezionata potrebbe essere maggiore a causa della resistenza al cortocircuito, del coordinamento della caduta di tensione, del carico futuro o della disponibilità in magazzino. Questo è normale. Ciò che non è normale è selezionare un conduttore più piccolo perché si adatta a un connettore o perché il calcolatore ha impostato per impostazione predefinita il materiale sbagliato.

Controllare anche le unità e il sistema di calibro del filo. Le dimensioni AWG si riducono man mano che il numero aumenta, mentre le dimensioni kcmil diventano maggiori man mano che il numero aumenta. Una calcolatrice che combina 3 AWG e 3 kcmil non costituisce un problema di arrotondamento; è una questione di sicurezza. Confermare il risultato nelle stesse unità utilizzate nel disegno e nell'ordine d'acquisto.

Asporto finale

Utilizzare un calcolatore della dimensione del filo di terra per organizzare il controllo del codice, non per sostituirlo. Iniziare con la classificazione del dispositivo di sovracorrente, verificare il materiale del conduttore, applicare le regole di upsize e di esecuzione in parallelo e verificare la resistenza al cortocircuito laddove l'energia di guasto è elevata. Quindi verificare che il conduttore, il connettore e la terminazione selezionati siano compatibili e documentati. Questo processo trasforma un semplice risultato del calcolatore in un progetto di messa a terra che può essere ispezionato, installato e mantenuto senza sorprese.