O que há de errado com condutores paralelos?

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?

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

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.

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.

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.

Deixe-me mostrar um dos caminhos possíveis que uma corrente pode seguir quando o diodo superior é ativado: 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.

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.

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.

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.

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):

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

Considere separadamente este 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:

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.