Estou instalando um subpainel em uma dependência e entendo que preciso usar uma alimentação de quatro fios e manter o solo separado do neutro no subpainel. Eu sei que é código, mas gosto de entender como as coisas funcionam. Eu estou tentando conceituar como uma falha de terra em um circuito na dependência iria atrapalhar um disjuntor e que tropeçaria. Existem quatro disjuntores envolvidos. O principal, o disjuntor que alimenta o sub-painel, o "principal" no sub-painel e o disjuntor final. Se uma falta à terra ocorresse, qual deles tropeçaria? Parece que a final precisaria, para isolar o problema. O surto causado pela falha percorre todo o caminho de volta para o cano principal através do fio terra e depois de volta ao disjuntor final?
Qual disjuntor deve desarmar com uma falta à terra com um sub-painel?
Respostas:
Observar um diagrama, geralmente é uma boa maneira de entender um problema. Abaixo está um diagrama simples que mostra o caminho atual da falha.
Você pode ver que a corrente de falta fluirá através de todos os disjuntores e retornará à fonte (o transformador) ao longo do condutor de aterramento.
Você pode estar inclinado a pensar que a corrente de falta será extremamente alta (dezenas de milhares de amperes). No entanto, devido ao fato de que os fios têm resistência, a corrente pode ser surpreendentemente baixa.
Sem saber o comprimento e o tamanho exatos de cada fio, não é possível aproximar a resistência. Se você tivesse essa informação, você poderia calcular a resistência. Com isso, a tensão e a lei de Ohm, você poderia calcular a corrente de falta.
Para este exemplo, vamos supor que a corrente de falha é menor que 100 amperes.
Como a corrente não está acima do nível de desarme instantâneo de nenhum dos disjuntores, a proteção contra curto-circuito dos disjuntores não desarmará. No entanto, os disjuntores também possuem proteção térmica, que abre o circuito com base no superaquecimento causado pelo fluxo de corrente (sobrecorrente).
Cada disjuntor desarmará de acordo com sua curva de desarme, com base em múltiplos de corrente sobre a corrente nominal do disjuntor. Basicamente, à medida que a corrente de falta flui, o dispositivo de proteção térmica em cada disjuntor começa a aquecer (juntamente com toda a fiação no circuito). Obviamente, os disjuntores maiores (100 e 200 no diagrama) podem lidar com mais calor (corrente), então eles serão capazes de lidar com a corrente de falta de menos de 100 amperes.
Como a corrente de falta é maior que a corrente nominal do disjuntor menor (20 no diagrama), o dispositivo de proteção térmica começará a superaquecer. Com uma corrente tão alta fluindo através dele, o dispositivo provavelmente abrirá em poucos segundos. No entanto, se a corrente fosse menor, poderia levar muito mais tempo para desarmar (mesmo minutos).
Se tomarmos outro exemplo, onde calculamos a falha atual em 150 amperes. Mesmo que a corrente seja agora maior do que a corrente nominal em três dos quatro disjuntores, o disjuntor menor provavelmente ainda irá desarmar primeiro. Isso ocorre porque o tempo antes da proteção térmica de um disjuntor é baseado na quantidade de corrente de falta acima da corrente nominal.
A corrente de falta é apenas 1,5 vezes maior que o disjuntor maior, mas 7,5 vezes maior que o menor. Por causa disso, o disjuntor menor irá tropeçar mais cedo. A proteção térmica é projetada dessa forma, de modo que as cargas podem se sobrepor à corrente nominal, mas apenas por um período limitado de tempo. Isso permite que coisas como motores iniciem, sem tropeçar no disjuntor.
Na maioria das aplicações do mundo real, o disjuntor menor desarmará primeiro. Se a resistência do circuito de falha for baixa, é possível que a corrente de falta esteja acima do nível de desarme instantâneo de todos os disjuntores. Nesse caso, o primeiro disjuntor (principal) provavelmente tropeçará primeiro.
Se algum dos disjuntores forem disjuntores GFCI e a falha for aterrar, o disjuntor GFCI irá desarmar primeiro.
Exemplo mais realista
Este exemplo usará o diagrama acima, mas tentará estimar uma corrente de falta mais realista. Nós diremos que há 100 'de 3/0 CU. fio do pólo aos terminais do painel de serviço principal. 3/0 CU. é 0,0000766 ohms / ft., de modo que é 0,00766 ohms.
0.0000766 * 100' = 0.0076 ohms
Em seguida, há 50 'de 3 AWG CU. do disjuntor do alimentador do painel principal, aos terminais principais do segundo painel. # 3 CU. é 0,000245 ohms / ft., de modo que é 0,01225 ohms.
0.000245 * 50' = 0.01225 ohms
Em seguida, há 25 'de 12 AWG CU. do segundo disjuntor do painel, até a falha. # 12 CU. é 0,00193 ohms / ft., para um total de 0,04825 ohms.
0.00193 * 25 = 0.4825 ohms
Agora que atingimos a falha, a corrente tem que seguir de volta ao longo do condutor de aterramento. O condutor de aterramento é composto de 25 'de 12 AWG CU, 50' de 8 AWG CU e 100 'de 3/0 CU. de volta ao pólo.
0.00193 * 25' = 0.04825 ohms
0.000764 * 50' = 0.0382 ohms
0.0000766 * 100' = 0.00766 ohms
Somando todas as resistências, acabamos com 0,16227 ohms .
0.00766 + 0.01225 + 0.04825 + 0.04825 + 0.0382 + 0.00766 = 0.16227
Usando a Lei de Ohm, a corrente de falta pode ser facilmente calculada usando a fórmula corrente = tensão / resistência (I = E / R).
120 volts / 0.16227 ohms = 739.5 amperes
739,5 amperes de corrente de falha.
Isso é 3.695 vezes o disjuntor de 200 amperes, que, de acordo com uma curva de viagem aleatória que eu observei, deve desarmar o disjuntor entre 8 e 25 segundos. São 7,395 vezes os disjuntores de 100 amperes, que tropeçariam entre 2 a 7 segundos. É cerca de 37 vezes o disjuntor de 20 amperes, o que provavelmente ultrapassa o nível de corrente instantânea de disparo.
Neste exemplo, o disjuntor de 20 amperes desarmará primeiro (a menos que qualquer um dos outros disjuntores sejam disjuntores GFCI).
Obrigado, isso faz sentido. Fiquei com a impressão de que o disjuntor lidou com uma falta à terra como um curto. Então, uma falta à terra não desarmaria o disjuntor tão rápido quanto um curto, presumo?
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ETrussell
@EmmettTrussell Não, é como um curto. Um fio terra é basicamente um neutro de reposição, no sentido de que, se alguma coisa se conectar a ele, ele também executará a corrente de volta à fonte. Um curto seria entre dizer o quente e o neutro. Uma falta à terra é apenas outro termo para um curto, mas entre a superfície quente e outra condutiva. Um chão deveria ter quase o mesmo caminho e resistência do neutro e então eles virariam basicamente ao mesmo tempo.
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TFK
@ Tester101 Em um diagrama de árvore do sistema elétrico, onde cada parte da linha tem um disjuntor menor (principal como tronco, sub como membro, circuito como ramificação), o disjuntor mais próximo (antes da falha) não desarmaria como teria o menor disjuntor - então a viagem mais rápida? (Vamos supor aqui que as configurações da viagem são coordenadas)
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TFK
Isso parece bom. Eu concordaria que é um bom exemplo. Você está realmente sendo generoso com o fio, já que esta é uma unidade de habitação. A alimentação de 200 A exigiria 2/0 e os 100 A seria # 4, de modo que teria uma resistência um pouco maior do que o seu exemplo. A curva termo-magnética da Square D que estou observando mostra o desarme instantâneo em 9 vezes a taxa de desarme do disjuntor, portanto, se você ultrapassar esse valor para quaisquer dois disjuntores em série do que qualquer um deles poderia desarmar. Então, se a garagem foi alimentada com um 40 amp e # 8, então uma falha de 360 ampères seria susceptível de causar um problema de coordenação.
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ArchonOSX
@ArchonOSX Eu não acho que você pode alimentar o segundo painel com # 4. A tabela antiga 310.15 (B) (7) aplicava-se apenas aos condutores de serviço, portanto, não se aplicava aos alimentadores de ramais. A nova redação permite 83% da classificação, mas ainda se aplica apenas aos condutores de serviços e alimentadores que fornecem " toda a carga associada a uma habitação unifamiliar ".
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Tester101
Espere, pessoal. A falha pode não estar em um ponto final. Considere uma falha dentro do sub-painel , isto é, o fio do seu alimentador L1 se choca contra o invólucro do subpainel. É antes do disjuntor principal do sub-painel, então não há ajuda lá. Sem um caminho de terra com fio de volta ao painel principal, o disjuntor do painel principal não tropeçaria , como corrente não suficiente iria fluir. (a terra não é um grande condutor, então os eletrodos de aterramento martelados na terra não servirão como um aterramento de alta corrente.)
Assim, sem um terreno com fio, o "chão" na dependência simplesmente flutuaria até 120v. Você teria 120v em cada pino de aterramento e parte de metal da fiação elétrica e qualquer equipamento que aterre o chassi. (o neutro ainda seria neutro - lembre-se de que eles estão isolados um do outro em um sub-painel - então o equipamento ainda funcionaria normalmente).
É claro que o seu 'terreno' externo (agora quente) teria fome de um caminho para o solo do painel principal, e pode encontrar um. Enquanto a vazão for menor que 100A (ou seja, a resistência é & gt; 1,2 ohms), ela não tropeçará no painel principal, mas aquecerá até 12.000 watts dele - em locais onde você provavelmente não deseja calor!
Ou poderia estar procurando por tubos de metal paralelos e causando corrosão galvânica, e isso poderia potencialmente fazer isso por um longo tempo. Que pode colocar lamaçal em sua água potável, como Flint aprendeu. Os sistemas de bondes, construídos às pressas, costumavam ter um grande problema com a corrosão de gás paralelo e de água até que eles enterrassem seu próprio "alimentador de terra" ... em outras palavras, exatamente do que estamos falando aqui.
De qualquer forma, para responder sua pergunta, a corrente passa por todos os disjuntores pelos quais passa. Uma falha é simplesmente mais corrente fluindo através do "quente". Idealmente o suficiente para desarmar um disjuntor, mas não necessariamente. Tentamos ajudar nisso, fornecendo caminhos de corrente sólidos para as falhas.
Há um terreno correndo de volta para o principal. Portanto, neste caso, o disjuntor na alimentação principal do submarino desarmaria primeiro.
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TFK
Hmm bem, se você tem o método de 4 fios, existe um fio de aterramento para a corrente de falta e, se você tiver o método de 3 fios, a corrente de falha volta para o neutro. O chão também teria que ser quebrado em seu cenário para que o trabalho ou o parafuso de adesão foi deixado de fora em uma configuração de 3 fios, mas é por isso que eles eliminaram o método de 3 fios em favor dos 4 fios. De qualquer forma, o solo é um condutor ruim, portanto, a necessidade de um condutor de aterramento do tipo fio para facilitar a ação do dispositivo de correção excessiva.
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ArchonOSX
O OP perguntou especificamente o que aconteceria com uma falta à terra em um circuito na dependência " Eu estou tentando conceituar como uma falha de terra em um circuito na dependência iria atrapalhar um disjuntor e que tropeçaria. ". Eles também disseram que eles correram um alimentador de 4 fios para o anexo, então há um condutor de aterramento no painel.
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Tester101
Resposta curta: O disjuntor mais rápido (mais sensível) irá tropeçar primeiro.
Isso não é necessariamente o menor. É por isso que o código se refere à "Coordenação Seletiva". Ver a definição do artigo 100.
Coordenação (Seletiva) Localização de uma condição de sobrecorrente para restringir interrupções no circuito ou no equipamento afetado, realizadas pela seleção e instalação de dispositivos de proteção contra sobrecorrente e suas classificações ou configurações para toda a gama de sobrecorrentes disponíveis, desde sobrecarga até a máxima falha disponível, e para toda a gama de tempos de abertura do dispositivo de proteção contra sobrecorrente associados a essas super-correcções.
50 pés de # 14 são apenas 0,126 ohms, fornecendo uma corrente de curto-circuito de 952 a 120 volts durante uma falta à terra ou curto-circuito. Mesmo 200 pés de # 14 ainda é 238 amperes em excesso das classificações de viagem de todos os disjuntores todo o caminho de volta ao seu principal na casa, se você tiver um painel de 200 amp. À medida que o fio se torna maior, a corrente de curto-circuito só sobe a partir daí, pois a resistência e a impedância diminuem.
238 amperes é apenas 1,19 vezes a corrente nominal de um disjuntor de 200 ampères e 2,38 vezes os disjuntores de 100 amperes. Isso é provavelmente muito abaixo do índice instantâneo de viagem.
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Tester101
Sim, mas isso é a 200 pés do # 14 que estaria no extremo da maioria das unidades habitacionais. A média estaria geralmente mais perto dos 50 pés, quase 1000 amperes ou mais, se fosse o fio # 12. Certamente a viagem magnética virá bem antes da viagem térmica nesses níveis. Seria bom se o menor disjuntor viajasse primeiro, mas eu não apostaria um salário nele.
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ArchonOSX
um circuito de 50 'estaria apenas a 25' de distância do painel (ao longo do fio). Você também deve considerar o circuito do painel principal para o segundo painel e voltar.
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Tester101
É verdade, mas esse fio será consideravelmente maior e terá muito menos resistência. 200 'de # 4 tem 0,05 ohms de resistência. Considerando que. Se a falha ocorrer no alimentador ou próximo ao subpainel, a corrente de falta será consideravelmente maior.
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ArchonOSX
Eu adicionei o que eu sinto é um exemplo bastante preciso para a minha resposta.
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Tester101
O menor (amperagem) e o mais próximo (em proteção) à falha deve tropeçar primeiro. Então, se é causado por um circuito de ramificação no sub, então o disjuntor no sub tropeçaria.
Pense nisso como a falha está trabalhando de volta para o principal, sim, mas ao longo de ambas as linhas - o chão e o quente fornecendo-o. A linha direta alcançará o disjuntor e a viagem mais próximos.