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?

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).

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.

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.

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.