O que há de errado com condutores paralelos?


14

Em relação aos sistemas CA (como em residências e outros), um caminho circular é chamado de condutor paralelo. É ilegal (de acordo com a seção 310 da NEC), exceto em determinadas circunstâncias. Mas notei que, com circuitos DC, condutores circulares também são ... tabus (por falta de uma palavra melhor). Veja a figura abaixo - apenas por exemplo (provavelmente existem exemplos melhores, por isso, se outro exemplo for melhor para ilustrar o problema ou a resposta, por favor, mostre e conte).

Minha pergunta é basicamente, o que há de errado com um condutor circular / paralelo?

insira a descrição da imagem aqui

Além disso, apenas para maior clareza, aqui está uma foto de um circuito ilegal (por NEC):

insira a descrição da imagem aqui

Editar - como acompanhamento de alguns dos comentários abaixo, aconteceu de eu ter visto o circuito de LED mencionado acima. Atualmente, tenho um PCB semelhante (um exemplo ruim, na foto abaixo, porque a desculpa para não conectar os anéis pode ser que haja um condutor no caminho), mas vi outro PCB sem desculpa para não concluir o anel, então eu me perguntava por que não estava conectado.

insira a descrição da imagem aqui


3
À esquerda, você tem um loop de aterramento. O que é ruim. E bem, estes não são estritamente paralelos, pois o interior é mais curto.
Eugene Sh.

11
É normal ter soquetes em um "anel principal" configuração no Reino Unido: en.wikipedia.org/wiki/Ring_circuit
pjc50

10
@ pjc50: Sim, sempre há um esquisito fazendo as coisas de maneira diferente do que todos os outros, por razões questionáveis ​​... assim como aquelas pessoas que medem distâncias em partes do corpo.
PlasmaHH 08/08

3
@BenWelborn Porque os sinais sensíveis ao ruído (como o áudio) geralmente usam o terra como referência.
Dmitry Grigoryev

2
@ harper Estou / estava realmente procurando explicação / teoria - não sobre códigos e como fazer DIY. E eu pedi um par de perguntas lá relacionados (re aterramento um subpainel e mudar um temporizador) ... mas você sabe o fórum DIY ... eles realmente não sabem ou cuidado se é ilegal, e certamente não porque é ou não é um problema. E fico feliz em dizer que aprendi algumas coisas com isso hoje.
Ben Welborn

Respostas:


30

Ambas as configurações conduzem energia às cargas.

Ao tentar descobrir o que é "ilegal" e por quê, você precisa entender quais condições de falha as autoridades estão tentando impedir. Pode haver um comentário nos padrões relevantes, se você tiver sorte.

No Reino Unido, esse arranjo de um condutor circular é chamado de 'Ring Main' e foi promovido ativamente para a religação doméstica a partir do final da década de 1940, devido à escassez de cobre e às altas taxas de construção de casas após a Segunda Guerra Mundial. Ter dois caminhos de volta à caixa de distribuição permite que condutores mais leves atendam à mesma área do que poderia ser atendido por esporões.

As regras são que um condutor de 2,5 mm 2 serve uma área de até 1000 pés quadrados e tem as duas extremidades retornadas ao painel de distribuição, protegidas por um fusível de 30A. Cada soquete na parede que faz parte do anel possui uma entrada e saída de 2,5 mm 2 , conectada nos terminais do soquete. Observe que um dente reto de 2,5 mm 2 usaria um fusível 22A.

O problema ocorre se alguém substituir um soquete sem colocar os dois condutores nos terminais ou se um condutor quebrar de alguma forma. O loop agora está quebrado e agora temos dois spurs de 2,5 mm 2 , precisando de um fusível 22A para proteção, mas com um fusível 30A, sem falha aparente em alertar ninguém .

Qualquer paralelismo de fios permite que esse tipo de erro de sobrecarga potencial indetectável ocorra. Algumas autoridades reguladoras proíbem a prática, outras permitem.


Na minha segunda imagem (CA) - eu estava pensando que poderia haver um desequilíbrio de fase, ou simplesmente uma diferença de resistência, causando superaquecimento no condutor mais longo (ou condutor com maior resistência). Isso parece sensato ou bobo (já que os fios são pesados ​​o suficiente, para que qualquer um possa carregar toda a carga de uma lâmpada)?
Ben Welborn

2
O problema surge se ... um condutor quebrar de alguma forma, E substancialmente toda a carga estiver em um lado da interrupção. A maioria das pausas ainda será adequadamente protegida - embora não todas. Há piores opções para salvar cobre, indiscutivelmente, incluindo cabos de alumínio (que AFAIK não era legal no Reino Unido)
Brian Drummond

@BrianDrummond, sim, o alumínio é legal nos EUA ... e é um risco total de incêndio.
Ben Welborn

@BrianDrummond, então você acha que a fiação da minha segunda foto deve ser boa, já que os fios são capazes de lidar com toda a corrente da lâmpada? E se um fio tivesse 50 pés de comprimento? certamente haveria uma diferença de tensão entre os dois fios.
Ben Welborn

1
Na América do Norte, você teria que fundir o circuito para o condutor mais fino do circuito, de modo que 2,5 mm => 22A não fundem argumentos, sem problemas.
Harper - Restabelece Monica

13

A propósito, essa ilustração é terrível. Ele mostra um circuito CC inerentemente , com cargas CC constantes de tração, por exemplo, LEDs. E esse é um caso de uso específico em que os circuitos em anel são totalmente aceitáveis . Com rede elétrica, no entanto ...

É principalmente porque o circuito complexo de circuitos torna os circuitos insustentáveis . O neutro deve estar ao lado de seu parceiro quente, principalmente para que você possa encontrar a coisa maldita . E se você remover um condutor, a coisa a jusante não poderá ser energizada de outro lugar, porque isso representa um risco à segurança.

Relacionados, os GFCIs não podem funcionar se quente ou neutro tiver uma maneira de contornar o GFCI.

Outro grande fator são as correntes parasitas . Em qualquer lugar onde hots e seus parceiros neutros se afastam, um campo magnético é estabelecido entre eles e aquece indutivamente qualquer coisa metálica dentro dele. Nossa tensão mais baixa o torna mais um fator, já que, com metade da voltagem, temos o dobro da corrente, e a corrente é o que causa isso. Por exemplo, devemos "entalhar" os painéis de serviço em que um circuito entra em dois conduítes diferentes, para atuar como uma laminação (à medida que os núcleos dos transformadores são laminados).

Agora, geralmente, caminhos redundantes se equilibrarão. O aquecimento indutivo não é gratuito, adiciona impedância a essa rota; portanto, a eletricidade favorece a rota que não a cria.

Não temos circuitos de loop no estilo do Reino Unido voltando ao painel principal, porque inevitavelmente, algumas cabeças de carneiro perfurariam cada perna do loop em um disjuntor diferente . E isso é particularmente um problema devido ao nosso sistema de fase dividida 120/240. O neutro está no meio e, se esses dois disjuntores estiverem em polos opostos, você espera que a proteção do circuito funcione! Mesmo se estiverem no mesmo polo, os disjuntores permitirão 40A em receptáculos listados apenas para 20A. Os fios podem ser capazes de lidar com isso, mas os receptáculos não - eles não têm fusíveis individuais ou interruptores de ligar / desligar, como no Reino Unido.


Os EUA geralmente usam um sistema de fase dividida de 120V / 240V. As casas domésticas no Reino Unido costumam usar uma fase monofásica de 230V. Bulidings comerciais no Reino Unido geralmente usam 230V / 400V trifásico.
Peter Green

3
Além disso, esse campo magnético pode induzir interferência (deflexão instável do CRT, ruídos de zumbido, talvez outros efeitos) nos equipamentos expostos a ele.
ThreePhaseEel

Desculpe pela ilustração ruim ... como eu disse na pergunta, provavelmente existem exemplos melhores; por isso, se outro exemplo for melhor para ilustrar o problema ou a resposta, por favor, mostre e conte. Adicionei uma foto para ajudar (talvez).
Ben Welborn

1
Por que você assumiu um circuito DC constante aqui? Normalmente, os LEDs são controlados por PWM para controlar o brilho, com frequências de 50 a 100 kHz para evitar o alcance audível. E os próprios LEDs não são lineares, portanto geram harmônicos, mesmo que você os alimente com um sinal suave.
Dmitry Grigoryev

@DmitryGrigoryev Estou olhando para o circuito exemplar, onde definitivamente não há PWM acontecendo. É o DC mais estático possível. Não acredito que haja harmônicos nesse circuito. Dito isso, entendo o seu ponto: o PWM apresenta um componente CA significativo, portanto, ele precisa ser um fator de design.
Harper - Restabelece Monica

12

Deixe-me mostrar um dos caminhos possíveis que uma corrente pode seguir quando o diodo superior é ativado: insira a descrição da imagem aqui Aqui, as linhas vermelhas representam o caminho atual e o rosa feio cobre a área que irradiará o EMI.

Se as resistências dos fios que formam o loop são desequilibradas (geralmente esse é o caso, especialmente em altas frequências), o esquema em loop tem o potencial de formar grandes antenas de loop, que irradiarão ordens de magnitude mais interferência do que os condutores que garantem os caminhos atuais. próximos.


1
Isso soa como uma razão bastante legítima. Isso também poderia ser um problema para sistemas de 120 vac? Você acha que a EMI é a principal razão pela qual loops são evitados?
Ben Welborn

5
Você pode considerar o fato de que praticamente nenhuma casa no Reino Unido (exceto algumas que foram construídas antes dos EUA terem declarado independência) possui uma construção com estrutura de madeira. É muito difícil para a fiação elétrica sobrecarregada incendiar tijolos e concreto. O segundo circuito "ilegal" no OP tem o problema óbvio de que, se ninguém souber que o fio paralelo existe , alguém desconectará um dos fios e terá uma grande surpresa. No Reino Unido, você espera que toda a fiação da casa use rede elétrica em anel.
alephzero

1
@alephzero Estive lendo e aprendendo sobre a fiação do Reino Unido ... também não acho que eles permitiriam o circuito na segunda foto.
Ben Welborn

1
Há apenas um pequeno detalhe na sua resposta. Ele mostra um circuito em anel que é, em todos os aspectos, CC e aciona cargas que não geram EMI. DC não tem esse problema.
Harper - Restabelece Monica

2
@BenWelborn O loop é um indutor. Os indutores resistem a mudanças na corrente. Sem mudança, sem resistência, sem calor. Existe um campo magnético estático lá, mas o mesmo vale para um imã de geladeira. Aqueles não esquentam.
Harper - Restabelece Monica

6

Ao afirmar que algo é "ilegal", é preciso identificar qual jurisdição está sendo discutida. Parece muito provável que essa prática seja "ilegal" na América do Norte, onde apenas "circuitos ramificados" são usados ​​(e espera-se que sejam encontrados).

No entanto, em outros lugares (principalmente na Grã-Bretanha) "circuitos em anel" são bastante comuns e esperados.

A razão pela qual "condutores paralelos" ou "circuitos em anel" são contrários ao Código Elétrico Nacional é porque apresenta um risco de eletrocussão para quem trabalha no circuito. Eles poderiam desconectar uma junta no circuito pensando que tudo "a jusante" estava seguro. Mas se houver um circuito paralelo em outro lugar, não há como ver se o circuito foi realmente desconectado e tornado seguro. Não existe um único caminho "downstream" para a corrente.

O mesmo princípio se aplica se você está falando sobre CA ou CC.


Na verdade, eu hesitaria em dizer que a fiação na figura # 2 do OP seria legal em qualquer jurisdição (sem provisões). Os condutores paralelos são legais nos EUA, desde que os fios tenham o mesmo comprimento, a mesma blindagem, o mesmo diâmetro (diâmetro mínimo - 1/0) e estejam conectados aos mesmos terminais. Embora os sistemas de anéis sejam legais no Reino Unido, eles não são nem um pouco. Eu não estou familiarizado com o BS 7671 (os Brittish Regs), mas duvido que a fiação mostrada na figura # 2 esteja bem lá (mas, se possível, prove o contrário).
Ben Welborn

4

Suspeito que seja uma medida de segurança. No Reino Unido, com a rede elétrica em anel sendo comum na fiação residencial, os eletricistas e outras pessoas que talvez precisem procurar por trás das tomadas provavelmente entendem isso.

Na América do Norte, seria bizarro encontrar uma casa cabeada dessa maneira e, portanto, também seria inesperado. As pessoas que trabalham com a fiação doméstica podem pensar que cortaram a energia desconectando um lado do circuito enquanto esquecem ou não sabem que há outro caminho e depois são eletrocutadas. Aqui, a segunda conexão inesperada se torna um risco à segurança.

Para circuitos CC que não possuem correntes ou tensões variáveis, eles são mais suscetíveis a EMI, pois podem formar uma antena substancial ou um circuito indutivo, mas provavelmente não irradiarão muito se forem correntes e tensões constantes; campo magnético estático. A quantidade de acoplamento indutivo ou EMI está relacionada à área que o loop encerra.


3

Os circuitos paralelos oferecem menor resistência e redundância ao caminho.

Para circuitos protegidos de alta corrente, ele deve ser usado apenas para redundância e não dependência para compartilhar corrente, pois uma falha em um caminho não é detectada e pode exceder a classificação atual.

Para circuitos desprotegidos de baixa tensão, um loop é bastante bom, a menos que o controle de impedância seja um fator; o desacoplamento local em um plano de aterramento é usado para impedir a troca de terra e a indutância do rastreamento de energia.

Na figura 1, um circuito aberto pode ficar mais escuro no final se houver queda de tensão significativa nos condutores, caso contrário, não haverá diferença.

Na figura 2, aplicam-se regras de segurança locais

editar A Figura 1 depende muito da resistência total da corrente e do cabo. Por exemplo, se a corrente total foi de 5A em torno de um edifício, com Vs ~ = 12V e todas as matrizes de LEDs em paralelo, a escolha do medidor de cabo pesa muito na tolerância de tensão ao redor do circuito. Assim, a solução de caminho mais curto pode ser a melhor (circuito fechado) O circuito também deve ser protegido contra tensão reversa.


O que você define como baixa tensão? sob 24V? sob 600V?
Ben Welborn

UL / IEC / CSA definem-no como <= 50V #
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75 08/08/16

Existem outras escolas de pensamento sobre isso na NFPA. Algo em torno de 30V, se bem me lembro.
Harper - Restabelece Monica

Onde você colocaria a proteção de corrente reversa, exatamente-- entre a fonte de energia e os loops, ou em série dentro de cada loop? E qual seria o (s) dispositivo (s) de proteção? Diodos?
Ben Welborn

1

Com relação ao circuito em sua segunda figura, se todos os fios do diagrama forem grandes o suficiente para transportar com segurança toda a corrente exigida pela carga, o circuito não apresenta risco de incêndio ou sobrecarga.

Considere este circuito (1):

circuito 1

Onde o fio 1 é adequado para acender a lâmpada sem superaquecer.

Considere separadamente este circuito (2):

circuito 2

Onde o fio 2 também é adequado para acender a lâmpada sem problemas.

Agora, começando com o circuito 2, adicione o fio do circuito 1:

circuitos 1 e 2 simultaneamente

O que acontece com a corrente no fio 2?

A corrente no fio 2 não pode aumentar, porque nenhum caminho adicional é adicionado entre LINE e A, nem nenhum entre B e LOAD. De fato, a corrente diminuirá, embora não seja provável que diminua pela metade, a menos que a resistência dos dois fios coincida acidentalmente.

Agora, começando com o circuito 1, adicione o fio do circuito 2. O que acontece com a corrente no fio 1? Diminuirá, embora - novamente - não seja provável que diminua pela metade.

Toda a corrente requerida pela carga será dividida entre os fios 1 e 2, dependendo de sua resistência comparativa, mas nenhum dos fios será chamado para transportar mais do que toda a corrente. Como qualquer fio pode transportar toda a corrente com segurança, não há risco de sobrecarga.

Como outro experimento mental, comece com os dois fios conectados e aumente gradualmente a resistência do fio 2. O que acontece com a corrente no fio 1? Aproxima-se gradualmente, mas nunca excede, a corrente de carga total. Aumente a resistência do fio 2 até o infinito, cortando ou removendo-o, e a corrente no fio 1 atinge exatamente a corrente de carga total.

Enquanto a condição exigir que o fio 1 ou o fio 2 possa fornecer com segurança a carga, não há combinação de resistência assimétrica que resultará em uma sobrecarga de corrente em qualquer parte do circuito. É por isso que o circuito na figura 2 não representa um risco de superaquecimento.

Ao utilizar nosso site, você reconhece que leu e compreendeu nossa Política de Cookies e nossa Política de Privacidade.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.