Erdungskabel-Größenrechner: So dimensionieren Sie Erdungsleiter richtig

A 400 A feeder with 500 kcmil copper phase conductors is ready for inspection. The installer used a 6 AWG 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 Rechner für die Größe des Erdungskabels verdient seinen Platz: Es sollte die maßgebliche Regel anwenden, die Basisgröße anzeigen und die Anpassungen kennzeichnen.

Die kurze Antwort: Bemessen Sie zunächst den Erdungsleiter des Geräts anhand der Bemessungsleistung der Überstromschutzvorrichtung und passen Sie dann das Leitermaterial, Parallelverläufe und etwaige Vergrößerungen der Phasenleiter an. Ein Taschenrechner ist nur dann nützlich, wenn er diese Schritte offenlegt, anstatt sie hinter einer einzelnen Zahl zu verbergen.

Was ein Erdungskabelgrößenrechner eigentlich leisten sollte

Ein zuverlässiger Taschenrechner ist eine Entscheidungshilfe, kein Orakel. Für einen typischen Niederspannungs-Einspeiser sollten Sie nach der Nennleistung des Überstromgeräts, dem Material des Erdungsleiters, der Codeausgabe und der Frage fragen, ob der Stromkreis parallele Leiterbahnen verwendet. Es sollte dann eine Mindestgröße und eine kurze Liste von Prüfungen zurückgeben.

Diese Ausgabe ist wichtig, da die Größe des Erdungsleiters nicht mit der Größe des Phasenleiters übereinstimmt. Phasenleiter werden hinsichtlich Strombelastbarkeit und Spannungsabfall ausgewählt; Der Erdungsleiter des Geräts ist so ausgewählt, dass er den Fehlerstrom sicher leitet, bis das Überstromschutzgerät den Fehler beseitigt. Ein Rechner, der nur nach dem Laststrom fragt, beantwortet die falsche Frage.

Zu den nützlichen Eingaben gehören:

• Nennwert und Auslösekurve des Überstromgeräts, nicht nur der Laststrom.
• Erdungsleiter aus Kupfer oder Aluminium, da die Mindestgrößen unterschiedlich sind.
• Codeausgabe und Installationstyp, z. B. Einspeisung, Abzweigstromkreis, Service oder separat abgeleitetes System.
• Ob Phasenleiter in mehreren Kabelkanälen parallel geschaltet sind.
• Ob die Phasenleiter über die Mindeststromstärke hinaus dimensioniert wurden.

Die Grundregel: Beginnen Sie mit dem Überstromgerät

Gemäß NEC 250.122 richtet sich die Größe des Geräteerdungsleiters für einen Einspeise- oder Abzweigstromkreis im Allgemeinen nach der Nennleistung des Überstromgeräts vor dem Stromkreis. Übliche Kupfergrößen sind 14 AWG bei 15 A, 12 AWG bei 20 A, 8 AWG bei 100 A, 6 AWG bei 200 A und 3 AWG bei 400 A. Die Tabelle dient als Basis.

Andere Standards verwenden eine andere Logik. IEC 60364 und BS 7671 beginnen häufig mit der Querschnittsfläche des Außenleiters und wenden ein Verhältnis oder eine adiabatische Prüfung an. Deshalb muss ein Rechner angeben, welchem ​​Code er folgt. Eine Zahl ohne Codereferenz ist kein Designergebnis; es ist eine Schätzung mit einem Dezimalpunkt.

Von der Leistungsschalterleistung zur Leitergröße: Ein praktisches Beispiel

Nehmen Sie einen dreiphasigen 400-A-Einspeiser mit Kupferphasenleitern und 75-°C-Anschlüssen. Der Basis-Kupfer-EGC aus Tabelle 250.122 ist 3 AWG. Wenn der gleiche Schaltkreis Aluminium verwenden würde, wäre die Basisgröße 1 AWG. Wenn die Phasenleiter wegen des Spannungsabfalls von 500 kcmil auf 600 kcmil erhöht würden, könnte NEC 250.122(B) erfordern, dass der EGC proportional erhöht wird. Der Rechner sollte diesen Zustand melden und nicht stillschweigend 3 AWG zurückgeben.

Die folgende Grafik zeigt, warum das Ergebnis nicht linear ist. Ein 100-A-Stromkreis kann 8-AWG-Kupfer verwenden, während ein 1000-A-Stromkreis möglicherweise 2/0-AWG-Kupfer verwendet. Der Sprung spiegelt den Fehlerstrom und die Löschleistung wider, nicht ein einfaches Verhältnis von Ampere zu Drahtquerschnitt.

Die Balkenhöhen dienen der Veranschaulichung. Der praktische Punkt besteht darin, dass die Größe des Erdungsleiters an die Schutzvorrichtung und den Fehlerpfad gebunden ist. Daher sollte ein Rechner neben dem Ergebnis die Codebasis und die Anpassungsflags anzeigen.

Wo Rechner schiefgehen: Material, Temperatur und Installation

Material ist der erste häufige Fehler. Erdungsleiter aus Aluminium sind in vielen Installationen zulässig, erfordern jedoch bei gleicher Überstrombelastbarkeit größere Abmessungen als Kupfer. Sie benötigen außerdem aluminiumgelistete Steckverbinder und Korrosionsschutz. Ein Rechner, der eine Kupfergröße zurückgibt und das Materialfeld leer lässt, ist nicht fertig.

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Temperatur- und Kurzschlussfestigkeit sind die zweite Lücke. Die Tabelle gibt eine Mindestgröße für die Fehlerbehebung an, sie beweist jedoch nicht, dass der Leiter einen hohen verfügbaren Fehlerstrom für die Fehlerbehebungszeit überstehen kann. Eine adiabatische Prüfung anhand des Leitermaterials, der Temperaturgrenzen und der Ausschaltzeit der Schutzvorrichtung kann einen größeren Leiter erfordern. Dies ist insbesondere in der Nähe großer Transformatoren und in Industrieanlagen mit hoher Fehlerenergie relevant.

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Die Installationsmethode ist die dritte Lücke. Parallele Phasenleiter in separaten Kabelkanälen erfordern gemäß NEC 250.122(F) im Allgemeinen einen Geräteerdungsleiter in voller Größe in jedem Kabelkanal. Ein Rechner, der eine parallele Einspeisung als einen großen Stromkreis betrachtet, kann den Gesamtkupferbedarf unterschätzen. Direkte Erdverlegung, Kabeltrassen- und Kabelkanalinstallationen wirken sich auch auf die Auswahl der Steckverbinder und den Korrosionsschutz aus.

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Wenn die berechnete Größe zwischen Standardprodukten liegt, wählen Sie den nächstgrößeren verfügbaren Leiter. Bestätigen Sie bei kupferkaschierten Stahllitzen, Kupferlitzen und Kupferschienen die Querschnittsfläche, das Material und die Anschlusskompatibilität.

Ein praktischer Arbeitsablauf zur Größenbestimmung

Verwenden Sie den Rechner als strukturierten Scheck, nicht als Blackbox. Ein praktischer Workflow sieht so aus:

1. Identifizieren Sie den Stromkreis, das Überstromgerät und die maßgebliche Codeversion. Notieren Sie die Gerätebewertung und die Löschzeit, falls verfügbar.
2. Ermitteln Sie die Größe des Basis-Erdungsleiters anhand der Codetabelle anhand der Nennleistung des Überstromgeräts und des Leitermaterials.
3. Überprüfen Sie, ob die Phasenleiter über die Mindeststromstärke hinaus dimensioniert wurden. Wenn ja, wenden Sie die Regel der proportionalen Erhöhung an.
4. Überprüfen Sie parallele Laufbahnen. Wenn der Stromkreis parallel geschaltet ist, prüfen Sie, ob jeder Kabelkanal einen Erdungsleiter in voller Größe benötigt.
5. Führen Sie an Stellen mit hohem Fehlerstrom eine Prüfung der Kurzschlussfestigkeit durch. Erhöhen Sie die Größe, wenn die Tischgröße der Fehlerenergie nicht standhalten kann.
6. Passen Sie den Leiter an die aufgeführten Anschlüsse, Klemmen und Anschlüsse an. Materialverträglichkeit und Korrosionsschutz prüfen.
7. Dokumentieren Sie die Eingaben, Codereferenzen, Ergebnisse und Anpassungen in der Konstruktionszeichnung oder im Prüfprotokoll.

Sehen Sie sich für die Leiter- und Anschlussseite des Designs die verfügbaren an Erdungsleiter und das Passende Erdungsstabanschlüsse bevor Sie die Stückliste freigeben.

Das Ergebnis lesen: Was Ihnen die Ausgabe sagen sollte

Eine gute Rechnerausgabe besteht aus drei Teilen: der Mindestcodegröße, der maßgeblichen Regel und den Anpassungsflags. Wenn das Ergebnis „3 AWG Kupfer“ lautet, ohne das 400-A-Gerät, die NEC-Tabelle, den Parallellaufstatus und die Upsizing-Prüfung anzugeben, hat der Designer noch viel zu tun. Die gleiche Nummer kann in einer Installation korrekt und in einer anderen falsch sein.

Achten Sie auf den Unterschied zwischen einer Mindestgröße und einer ausgewählten Größe. Die Mindestgröße ist die Code-Etage. Die ausgewählte Größe kann aufgrund der Kurzschlussfestigkeit, der Spannungsabfallkoordination, der zukünftigen Belastung oder der Lagerverfügbarkeit größer sein. Das ist normal. Was nicht normal ist, ist die Auswahl eines kleineren Leiters, weil dieser zu einem Stecker passt oder weil der Rechner standardmäßig das falsche Material verwendet hat.

Überprüfen Sie auch die Einheiten und das Kabelquerschnittssystem. Die AWG-Größen werden kleiner, wenn die Zahl größer wird, während die kcmil-Größen größer werden, wenn die Zahl größer wird. Ein Rechner, der 3 AWG und 3 kcmil mischt, ist kein Rundungsproblem; es ist ein Sicherheitsproblem. Bestätigen Sie das Ergebnis in denselben Einheiten, die in der Zeichnung und im Kaufauftrag verwendet wurden.

Letzter Imbiss

Verwenden Sie einen Erdungskabel-Größenrechner, um die Codeprüfung zu organisieren, nicht um ihn zu ersetzen. Beginnen Sie mit der Nennleistung des Überstromgeräts, bestätigen Sie das Leitermaterial, wenden Sie die Regeln für die Größenaufteilung und Parallelschaltung an und prüfen Sie die Kurzschlussfestigkeit, wenn die Fehlerenergie hoch ist. Stellen Sie dann sicher, dass der ausgewählte Leiter, Stecker und Abschluss kompatibel und dokumentiert sind. Dieser Prozess verwandelt ein einfaches Rechenergebnis in ein Erdungsdesign, das ohne Überraschungen überprüft, installiert und gewartet werden kann.