¿Qué hay de malo con los conductores paralelos?

14

Con respecto a los sistemas de CA (como para hogares y similares), un camino circular se llama conductor paralelo. Es ilegal (de acuerdo con la sección 310 del NEC) excepto bajo ciertas circunstancias. Pero he notado que con los circuitos de CC, los conductores circulares también son ... tabú (por falta de una palabra mejor). Vea la imagen a continuación, solo por ejemplo (probablemente haya mejores ejemplos, así que si otro ejemplo es mejor para ilustrar el problema o responder, por favor, muéstrelo y dígalo).

Mi pregunta (s) es básicamente, ¿qué hay de malo con un conductor circular / paralelo?

ingrese la descripción de la imagen aquí

Además, para mayor claridad, aquí hay una imagen de un circuito ilegal (según NEC):

ingrese la descripción de la imagen aquí

Editar: como seguimiento de algunos de los comentarios a continuación, he visto el circuito LED mencionado anteriormente. Actualmente tengo un PCB similar (una especie de mal ejemplo, como se muestra a continuación, porque la excusa para no conectar los anillos podría ser que hay un conductor en el camino) pero he visto otro PCB sin ninguna excusa para no completar el anillo, entonces me preguntaba por qué no estaba conectado.

ingrese la descripción de la imagen aquí

Ben Welborn
fuente
3
A la izquierda tienes un bucle de tierra. Cual es malo. Y bueno, estos no son estrictamente paralelos, ya que el interior es más corto.
Eugene Sh.
11
Es estándar tener enchufes en una configuración "anillo principal" en el Reino Unido: en.wikipedia.org/wiki/Ring_circuit
pjc50
10
@ pjc50: Sí, siempre hay un bicho raro que hace las cosas de manera diferente a los demás por razones cuestionables ... al igual que esas personas que miden distancias en partes del cuerpo.
PlasmaHH
3
@BenWelborn Debido a que las señales sensibles al ruido (como el audio) generalmente usan tierra como referencia.
Dmitry Grigoryev
2
@harper Estoy / realmente estaba buscando explicación / teoría, no sobre códigos y cómo hacer bricolaje. Y sí hice un par de preguntas relacionadas allí (volver a conectar un subpanel y cambiar un temporizador) ... pero conoces el foro de bricolaje ... realmente no saben ni les importa si es ilegal, y ciertamente no por qué es así. o no es un problema Y estoy feliz de decir que he aprendido algunas cosas de esto hoy.
Ben Welborn

Respuestas:

30

Ambas configuraciones conducirán energía a las cargas.

Al tratar de descubrir qué es "ilegal" y por qué, debe comprender qué condiciones de falla están tratando de evitar las autoridades. Puede haber un comentario en los estándares relevantes si tiene suerte.

En el Reino Unido, este arreglo de un conductor circular se llama 'Ring Main', y se promovió activamente para el cableado interno desde fines de la década de 1940 en adelante, debido a la escasez de cobre y las altas tasas de construcción de viviendas después de la Segunda Guerra Mundial. Tener dos caminos de regreso a la caja de distribución permite que los conductores más ligeros sirvan a la misma área de la que podrían servir las espuelas.

Las reglas son que un conductor de 2.5 mm 2 sirve un área de hasta 1000 pies cuadrados, y tiene ambos extremos devueltos al panel de distribución, protegido por un fusible de 30A. Cada toma de corriente en la pared que forma parte del anillo tiene un bucle de entrada y salida de 2,5 mm 2 , conectado a los terminales de la toma. Tenga en cuenta que una espuela de 2.5 mm 2 usaría un fusible de 22A.

El problema surge si alguien reemplaza un enchufe sin colocar ambos conductores en los terminales, o si un conductor se rompe de alguna manera. El bucle ahora está roto, y ahora tenemos dos espuelas de 2.5 mm 2 , que necesitan un fusible de 22A para protección, pero tienen un fusible de 30A, sin aparente falla para alertar a nadie .

Cualquier paralelo de cables permite que ocurra este tipo de error de sobrecarga potencial indetectable. Algunas autoridades reguladoras prohíben la práctica, otras lo permiten.

Neil_UK
fuente
De mi segunda imagen (AC): estaba pensando que podría haber un desequilibrio de fase, o simplemente una diferencia de resistencia, causando sobrecalentamiento en el conductor más largo (o conductor con mayor resistencia). ¿Suena sensato o simplemente tonto (dado que los cables son lo suficientemente pesados ​​como para que cualquiera pueda transportar toda la carga de una bombilla)?
Ben Welborn
2
El problema surge si ... un conductor se rompe de alguna manera, Y sustancialmente toda la carga está en un lado de la ruptura. La mayoría de los descansos seguirán estando adecuadamente protegidos, aunque no todos. Hay peores opciones para ahorrar cobre, posiblemente incluyendo cables de aluminio (que AFAIK nunca fue legal en el Reino Unido)
Brian Drummond
@BrianDrummond, sí, el aluminio es legal en los Estados Unidos ... y es un peligro total de incendio.
Ben Welborn
@BrianDrummond, entonces, ¿crees que el cableado en mi segunda imagen debería estar bien, ya que los cables son capaces de manejar toda la corriente de la bombilla? ¿Qué pasa si un cable mide 50 pies de largo? ciertamente habría una diferencia de voltaje entre los dos cables.
Ben Welborn
1
En América del Norte, tendrías que fusionar el circuito para el conductor más delgado del circuito, por lo que 2,5 mm => 22 A no fusionan ningún argumento sin problemas.
Harper - Restablece a Mónica el
13

Por cierto, esa ilustración es terrible. Muestra un circuito de CC inherentemente , con cargas de CC de extracción constante, por ejemplo, LED. Y ese es un caso de uso particular donde los circuitos de anillo están totalmente bien . Con la corriente alterna, sin embargo ...

Esto se debe principalmente a que la ruta de circuito compleja hace que los circuitos no puedan mantenerse . El neutral debe estar justo al lado de su compañero caliente, principalmente para que puedas encontrar la maldita cosa . Y si quita un conductor, la cosa aguas abajo no se puede energizar desde otro lugar, porque eso es un peligro para la seguridad.

Relacionado, los GFCI no pueden funcionar si ya sea caliente o neutral tiene una forma de evitar el GFCI.

Otro factor importante son las corrientes de Foucault . En cualquier lugar donde los puntos calientes y los neutrales de sus compañeros se separan, se establece un campo magnético entre ellos y se calienta inductivamente cualquier cosa metálica en su interior. Nuestro voltaje más bajo lo convierte en un factor más importante ya que con la mitad de la edad de voltaje tenemos el doble de corriente, y la corriente es lo que causa esto. Por ejemplo, debemos "hacer muescas" en los paneles de servicio donde un circuito ingresa en dos conductos diferentes, para que actúen como laminación (ya que los núcleos de los transformadores están laminados).

Ahora, generalmente, las rutas redundantes se equilibrarán. El calentamiento inductivo no es gratuito, agrega impedancia a esa ruta, por lo que la electricidad favorecerá la ruta que no la crea.

No tenemos circuitos de bucle de estilo del Reino Unido que regresen al panel principal, porque inevitablemente, una cabeza de cordero golpearía cada pata del bucle en un interruptor diferente . Y esto es particularmente un problema debido a nuestro sistema de fase dividida 120/240. Neutral está en el medio y si esos dos interruptores están en polos opuestos, ¡espera que la protección del circuito funcione! Incluso si están en el mismo poste, los interruptores permitirán 40A en los receptáculos que solo figuran para 20A. Los cables pueden ser capaces de manejarlo, pero los receptáculos no pueden; no tienen fusibles individuales o interruptores de encendido / apagado como en el Reino Unido.

Harper - Restablece a Monica
fuente
Los Estados Unidos generalmente usan un sistema de fase dividida de 120V / 240V. Las casas domésticas en el Reino Unido generalmente usan 230V monofásico de una sola fase. Las construcciones comerciales en el Reino Unido generalmente usan 230V / 400V trifásico.
Peter Green
3
Además, ese campo magnético puede inducir interferencia (desviación de CRT tambaleante, ruidos de zumbido, quizás otros efectos) en los equipos expuestos a él.
ThreePhaseEel
Perdón por la pobre ilustración ... como dije en la pregunta, probablemente haya mejores ejemplos, así que si otro ejemplo es mejor para ilustrar el problema o responder, por favor, muéstrelo y dígalo. Agregué una foto para ayudar (tal vez).
Ben Welborn
1
¿Por qué asumiste un circuito de CC constante aquí? Los LED suelen tener PWM para controlar el brillo, con frecuencias de hasta 50-100 kHz para evitar el rango audible. Y los LED en sí mismos no son lineales, por lo que generan armónicos incluso si los alimenta con una señal suave.
Dmitry Grigoryev
@DmitryGrigoryev Estoy mirando el circuito ejemplar, donde definitivamente no hay PWM. Es tan DC estático como puede ser. No creo que haya armónicos en tal circuito. Dicho esto, entiendo su punto: PWM introduce un componente de CA significativo, por lo que debe ser un factor de diseño.
Harper - Restablece a Mónica el
12

Permítame mostrarle una de las posibles rutas que puede tomar una corriente cuando se enciende el diodo superior: ingrese la descripción de la imagen aquí aquí, las líneas rojas representan la ruta actual, y el rosa feo cubre el área que irradiará la EMI.

Si las resistencias de los cables que forman el bucle no están equilibradas (este suele ser el caso, especialmente a altas frecuencias), el esquema en bucle tiene el potencial de formar enormes antenas de bucle, que irradiarán órdenes de magnitud más interferencia que los conductores que garantizan que las rutas de corriente son muy juntos

Dmitry Grigoryev
fuente
1
Esto suena como una razón bastante legítima. ¿Podría ser esto un problema para los sistemas de 120 vac también? ¿Crees que EMI es la razón principal por la que se evitan los bucles?
Ben Welborn
55
Puede considerar el hecho de que prácticamente ninguna casa en el Reino Unido (a excepción de algunas que fueron construidas antes de que los Estados Unidos declararan su independencia) tienen una construcción con marco de madera. Es bastante difícil para el cableado eléctrico sobrecargado prender fuego a ladrillos y concreto. El segundo circuito "ilegal" en el OP tiene el problema obvio de que si nadie sabe que existe el cable paralelo , alguien desconectará uno de los cables y obtendrá una gran sorpresa. En el Reino Unido, usted espera que todo el cableado de la casa utilice la red eléctrica de anillo.
alephzero
1
@alephzero He estado leyendo y aprendiendo sobre el cableado del Reino Unido ... No creo que tampoco permitan el circuito en la segunda imagen.
Ben Welborn
1
Solo hay un pequeño detalle con tu respuesta. Muestra un circuito de anillo que es en todos los aspectos CC y que impulsa cargas que no generan EMI. DC no tiene este problema.
Harper - Restablece a Mónica el
2
@BenWelborn El bucle es un inductor. Los inductores resisten los cambios en la corriente. Sin cambio, sin resistencia, sin calor. Hay un campo magnético estático allí, pero lo mismo ocurre con un imán de refrigerador. Esos no se calientan.
Harper - Restablece a Mónica el
6

Al afirmar que algo es "ilegal" uno debe identificar qué jurisdicción se está discutiendo. Parece muy probable que esta práctica sea "ilegal" en América del Norte, donde solo se usan "circuitos derivados" (y se espera encontrarlos).

Sin embargo, en otros lugares (especialmente Gran Bretaña) los "circuitos de anillo" son bastante comunes y esperados.

La razón por la que los "conductores paralelos" o los "circuitos en anillo" son contrarios al Código Eléctrico Nacional es porque presenta un riesgo de electrocución para cualquiera que trabaje en el circuito. Podrían desconectar un empalme en el circuito pensando que todo "aguas abajo" era seguro. Pero si hay un circuito paralelo en otro lugar, entonces no hay forma de ver si el circuito ha sido realmente desconectado y seguro. No hay un solo camino "aguas abajo" para la corriente.

El mismo principio se aplica si se trata de CA o CC.

Richard Crowley
fuente
En realidad, dudaría en decir que el cableado en la figura # 2 del OP sería legal en cualquier jurisdicción (sin disposiciones). Los conductores paralelos son legales en EE. UU., Siempre que los cables tengan la misma longitud, el mismo blindaje, el mismo diámetro (diámetro mínimo - 1/0) y estén conectados con los mismos terminales. Aunque los sistemas de anillos son legales en el Reino Unido, no lo son de ninguna manera. No estoy familiarizado con BS 7671 (Reglas británicas) pero dudaría que el cableado que se muestra en la figura # 2 estaría bien allí (pero pruebe lo contrario si es posible).
Ben Welborn
4

Sospecho que es una medida de seguridad. En el Reino Unido, debido a que la red eléctrica principal es común en el cableado residencial, los electricistas y otras personas que podrían tener que hurgar detrás de sus enchufes probablemente entiendan eso.

En América del Norte sería extraño encontrar una casa conectada de esa manera, y por lo tanto también sería inesperado. Las personas que trabajan con el cableado doméstico pueden pensar que han cortado la energía al desconectar un lado del circuito mientras se olvidan o no saben que hay otro camino y luego se electrocutan. Aquí la segunda conexión inesperada se convierte en un peligro para la seguridad.

Para los circuitos de CC que no tienen corrientes o voltajes cambiantes, son más susceptibles a EMI, ya que podría formar una antena sustancial o un bucle inductivo, pero no es probable que irradien mucho si tienen corriente y voltaje constantes, por lo que solo establecen un campo magnético estático La cantidad de acoplamiento inductivo o EMI está relacionada con el área que encierra el bucle.

Keith Procter
fuente
3

Los circuitos paralelos ofrecen menor resistencia de ruta y redundancia.

Para circuitos protegidos de alta corriente, solo debe usarse para redundancia y no dependencia para compartir corriente, ya que una falla en una ruta no se detectaría y podría exceder la clasificación de corriente.

Para circuitos desprotegidos de bajo voltaje, un bucle está bastante bien a menos que el control de impedancia sea un factor, luego se usa el desacoplamiento local a un plano de tierra para evitar el desplazamiento a tierra y la inductancia de la traza de potencia.

En la figura 1, un circuito abierto puede ser más tenue al final si hay una caída de voltaje significativa en los conductores, de lo contrario no hay diferencia.

En la figura 2 se aplican las normas de seguridad locales.

editar La Figura 1 depende en gran medida de la corriente total y la resistencia del cable. Por ejemplo, si la corriente total era de 5 A alrededor de un edificio, con Vs ~ = 12V y todos los conjuntos de LED en paralelo, la elección del calibre del cable pesa mucho en la tolerancia de voltaje alrededor del circuito. Por lo tanto, la solución de ruta más corta puede ser la mejor (circuito cerrado). El circuito también debe estar protegido contra el voltaje inverso.

Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
fuente
¿Qué define como baja tensión? debajo de 24V? debajo de 600V?
Ben Welborn
UL / IEC / CSA lo define como <= 50V
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
Hay otras escuelas de pensamiento sobre eso en la NFPA. Algo alrededor de 30V si recuerdo.
Harper - Restablece a Mónica el
¿Dónde colocaría la protección de corriente inversa, exactamente, entre la fuente de alimentación y los bucles, o en serie dentro de cada bucle? ¿Y cuáles serían los dispositivos de protección? Diodos?
Ben Welborn
1

Con respecto al circuito en su segunda figura, si cada cable en el diagrama es lo suficientemente grande como para transportar con seguridad la corriente completa demandada por la carga, entonces el circuito no presenta peligro de incendio o sobrecarga.

Considere este circuito (1):

circuito 1

Donde el cable 1 es adecuado para encender la lámpara sin sobrecalentarse.

Considere por separado este circuito (2):

circuito 2

Donde el cable 2 también es adecuado para encender la lámpara sin problemas.

Ahora, comenzando con el circuito 2, agregue el cable del circuito 1:

circuitos 1 y 2 simultáneamente

¿Qué le sucede a la corriente en el cable 2?

La corriente en el cable 2 no puede aumentar, porque no se agrega una ruta adicional entre LINE y A, ni ninguna entre B y LOAD. De hecho, la corriente disminuirá, aunque no es probable que disminuya a la mitad, a menos que la resistencia de los dos cables coincida accidentalmente.

Ahora, comenzando con el circuito 1, agregue el cable del circuito 2. ¿Qué le sucede a la corriente en el cable 1? Disminuirá, aunque, de nuevo, no es probable que disminuya a la mitad.

Toda la corriente requerida por la carga se dividirá entre los cables 1 y 2, dependiendo de su resistencia comparativa, pero ninguno de los cables tendrá que transportar más que toda la corriente. Dado que cualquiera de los cables puede transportar de forma segura toda la corriente, no hay peligro de sobrecarga.

Como otro experimento mental, comience con ambos cables conectados y aumente gradualmente la resistencia del cable 2. ¿Qué le sucede a la corriente en el cable 1? Se acerca gradualmente, pero nunca excede, la corriente de carga completa. Aumente la resistencia del cable 2 hasta el infinito, cortándolo o retirándolo, y la corriente en el cable 1 alcanza exactamente la corriente de carga completa.

Mientras la condición establezca que el cable 1 o el cable 2 pueden suministrar la carga de manera segura, no existe una combinación de resistencia asimétrica que provoque una sobrecarga de corriente en cualquier parte del circuito. Es por esto que el circuito en su figura 2 no representa un peligro de sobrecalentamiento.

AI Breveleri
fuente