Se o fio neutro estiver aterrado, por que ainda é necessário conectar um terceiro cabo ao terra em uma fiação elétrica padrão? ou melhor ainda, qual é a diferença entre os cabos neutro e terra?

Neutro leva a corrente de volta à fonte. Sem neutro, sem fluxo de corrente, a carga não funciona. O aterramento de segurança (fio verde) não é necessário para a operação normal. Está presente no caso de um curto no estojo, para carregar o curto, mantenha o potencial do chassi em um nível não letal e faça com que o disjuntor que o alimenta se abra.

Neutro leva a corrente de volta à fonte. Sem neutro, sem fluxo de corrente, a carga não funciona. O aterramento de segurança (fio verde) não é necessário para a operação normal. Está presente no caso de um curto no estojo, para carregar o curto, mantenha o potencial do chassi em um nível não letal e faça com que o disjuntor que o alimenta se abra.

P: Se o fio neutro estiver aterrado, por que ainda é necessário conectar um terceiro cabo ao terra em uma fiação elétrica padrão?

R: Em termos simples, sem uma conexão à terra, se o condutor quente entrar em contato com uma superfície eletricamente condutora e você entrar em contato com essa superfície, dependendo da condição da resistência e do aterramento do seu corpo, você poderá sentir um choque ou ser eletrocutado.

O objetivo do fio terra é fornecer um caminho de impedância suficientemente baixa, de modo que, se um fio quente entrar em contato com uma superfície de metal aterrada, o dispositivo de proteção contra sobrecorrente do circuito (disjuntor ou fusível) funcione rapidamente para remover o risco.

P: Ou melhor ainda, qual é a diferença entre os cabos neutro e terra?

R: A diferença mais básica é que o condutor neutro conduz corrente elétrica em sua função normal, enquanto o fio terra conduz corrente elétrica (como regra geral) somente em condições de falha à terra.

O fio neutro, sendo o condutor aterrado, está no potencial de terra ou próximo a ele, mesmo quando a corrente está fluindo para a carga.

Instalações elétricas seguras

Um condutor neutro aterrado e o sistema de aterramento são apenas duas partes de um sistema projetado para garantir a segurança elétrica. Discutiremos isso com muito mais detalhes abaixo.

Também discutiremos os papéis dos seguintes itens na segurança de sistemas de fiação elétrica residencial nos EUA:

  • Dispositivos de proteção contra sobrecorrente de circuito (fusíveis e disjuntores) GFCI (interruptores de circuito de falta à terra) AFCI (interruptores de circuito de falha de arco) Receptores resistentes a adulterações

Juntos, como um sistema, esses componentes funcionam para fornecer um sistema elétrico que é essencialmente livre de riscos de eletricidade.

Se você tem interesse nos detalhes, leia em…

Visão geral - em palavras básicas

O objetivo dos dispositivos de proteção contra sobrecorrente de circuito (fusíveis e disjuntores) é proteger o equipamento e a fiação contra curtos-circuitos e falhas de aterramento maiores que a capacidade nominal do fusível ou do disjuntor.

(Para nossos propósitos, aqui, um curto-circuito é uma conexão "curta" ou não intencional entre quente e neutro. Uma falha à terra é uma conexão elétrica não intencional entre quente e terra.)

O objetivo de um caminho efetivo de corrente de falta à terra (sistema de aterramento) é disparar o dispositivo de proteção contra sobrecorrente quando existir uma condição de falta à terra.

O objetivo de um GFCI é proteger quando ocorre uma falta à terra com magnitude de corrente muito baixa para o dispositivo de proteção de sobrecorrente disparar.

O objetivo de um AFCI é proteger quando ocorrem falhas de arco. Essas falhas geralmente não desarmam um GFCI e geralmente são de um nível de corrente muito pequeno para desarmar o dispositivo de proteção de sobrecorrente do circuito.

O objetivo dos receptáculos invioláveis ​​é proteger (principalmente crianças) do perigo apresentado pela inserção de um objeto metálico em um receptáculo.

Ressalvas

Não posso escrever aqui uma resposta no nível de engenharia de energia elétrica, mas tentarei discuti-la com mais detalhes. Sei que é muito mais informação do que o leitor típico do Quora pode estar interessado - portanto, fique à vontade para parar de ler a qualquer momento.

Esta discussão é para aplicações residenciais - não para aplicações comerciais ou industriais.

Para entender a resposta à sua pergunta, é necessário entender como um sistema elétrico aterrado opera, tanto em condições normais quanto em falhas. (Quase todos os sistemas elétricos residenciais em todo o mundo são sistemas aterrados.)

Como moro nos EUA e estou mais familiarizado com os sistemas elétricos dos Estados Unidos, responderei dessa perspectiva. Muitos dos conceitos discutidos aqui são semelhantes aos de outras áreas do mundo, mas também existem diferenças significativas. Se desejar, escreva sua própria resposta para o sistema usado em sua área mundial.

Quaisquer cálculos que eu apresente devem ser considerados cálculos de “ordem de grandeza” e não cálculos de nível de engenharia.

Este é um trabalho em progresso." Há áreas em que quero expandir e expor, e tenho certeza de que pensarei em outras coisas a acrescentar ao longo do tempo. Tenho certeza de que tenho erros de digitação, erros ortográficos e vários erros técnicos - todos os quais tentarei corrigir com o tempo.

Histórico - Lei de Ohm

Ajuda, mas não é essencial, se você tiver um entendimento básico da Lei de Ohm (DC) e dos conceitos de tensão, corrente (amperes), resistência e potência (watts).

Não abordarei esses conceitos com mais detalhes aqui, pois existem muitos recursos excelentes disponíveis na Internet sobre esses assuntos.

Sistemas elétricos aterrados

Em um sistema elétrico aterrado, a energia elétrica é fornecida pelo secundário de um transformador, com o secundário do transformador sendo conectado ao terra (através de vários métodos).

Um diagrama excessivamente simplificado disso é mostrado abaixo.

Neste diagrama acima, o condutor X1 é chamado de condutor "Quente", porque está na tensão de linha (no caso do diagrama, é de 120 volts - mas pode haver voltagens diferentes em outras áreas do mundo). Nos EUA, os condutores quentes em aplicações residenciais normalmente têm isolamento de cor preta ou às vezes vermelha.

O fio identificado como X0 no diagrama é chamado de condutor neutro, também chamado de “condutor aterrado” porque está conectado ao terra. Nos EUA, o condutor neutro normalmente possui isolamento de cor branca ou marcado em branco.

Seguindo as setas mostradas no diagrama - a corrente flui do transformador, através da carga (geralmente primeiro através de disjuntores, interruptores etc. não mostrados aqui para maior clareza), através do condutor neutro e, em seguida, de volta à fonte da corrente - o transformador.

Este é um conceito importante para entender - que a corrente elétrica procura retornar à sua fonte, neste caso o transformador. A corrente elétrica proveniente de um transformador não pode e não pode "drenar para a terra" - pois a terra não é uma fonte de elétrons.

Este é um conceito MUITO importante para entender.

Fio terra / terra

Agora vamos adicionar o terceiro fio, chamado de várias maneiras:

  • Condutor ou fio de aterramento / aterramentoFio de aterramento do equipamentoFerramenta de aterramento Condutor ou fio de aterramento / aterramentoProtective Earth / PE

Em algumas áreas do mundo, alguns desses termos (e outros) têm significados diferentes. Não podemos entrar em todos esses detalhes técnicos aqui para o significado das palavras em todas as áreas do mundo.

Para meus propósitos aqui, chamarei simplesmente de fio terra.

Sistemas residenciais sediados nos EUA com mais detalhes

Vamos tornar nosso diagrama um pouco mais técnico e mais preciso.

É assim que os sistemas de energia residencial nos EUA geralmente são conectados. Embora alguns detalhes sejam diferentes em outras áreas do mundo, os conceitos de aterramento são semelhantes.

No diagrama acima (lembre-se de que este é um sistema americano):

  1. O secundário do transformador é roscado no centro, ou seja, além das conexões dos fios em ambos os lados dos enrolamentos do transformador, é feita uma conexão ao centro do enrolamento secundário do transformador (identificado como X0 no diagrama acima). essa torneira central é conectada ao terra por um fio robusto e por uma haste ou placa de aterramento. Assim, o nome do sistema - um sistema de energia aterrado. Os condutores que saem do transformador (chamados X1 e X2 no diagrama acima) são os condutores "Quentes". O condutor que sai do transformador da derivação central do transformador (chamado X0 no diagrama acima) é chamado de condutor “neutro”. O neutro também é chamado de “condutor aterrado” porque é aterrado e carrega corrente em sua operação normal - não deve ser confundido com o fio terra. (Em sua operação normal, o fio terra não carrega corrente - pelo menos em teoria.) Se a tensão for medida de X1 a X2 no diagrama, ele lerá 240 volts CA nominais - e é assim que obtemos 240 volts no NOS. (Consulte também o diagrama abaixo). Se a tensão for medida de X1 ou X2 a X0 (quente a neutro), serão medidos 120 volts CA nominais. É assim que temos 120 volts nos EUA. Os dois condutores quentes, mais o neutro, vão para o medidor elétrico e depois para a caixa do disjuntor (em alguns casos, com uma chave seccionadora ou interruptores no circuito). caixa do disjuntor, cada fio quente passa por um disjuntor antes de prosseguir para a sua carga - um receptáculo, luz ou o que (Nos EUA, os circuitos do disjuntor final para a carga são chamados de circuitos de derivação.) O fio neutro do transformador é conectado a uma “barra de barramento” neutra na caixa do disjuntor onde os condutores neutros retornam (cor branca). nos EUA) a partir das várias cargas do circuito derivado. Também na caixa do disjuntor há uma barra de aterramento. Os fios terra (nos EUA, o fio terra pode ser de metal nu, verde ou verde com isolamento de listras amarelas) que são passados ​​para tomadas / interruptores, interruptores etc. todos retornam e são conectados a essa barra de aterramento no circuito As barras de neutro e terra são “ligadas” juntas (conectadas eletricamente) na caixa do disjuntor. Este é o único ponto no sistema elétrico, em operação normal, em que o neutro e o terra podem se conectar.Uma conexão é feita a partir do barramento de neutro / terra na caixa do disjuntor para vários aterramentos, incluindo um ou vários de hastes lançadas no solo e no sistema de tubulação de água de metal. Existem muitos detalhes associados ao que deve ser feito aqui e ao que não pode ser feito aqui - que estão muito além do escopo desta resposta. (No final, são fornecidas referências para os interessados.)

É importante ter pelo menos uma compreensão geral geral do diagrama acima. Caso contrário, leia novamente minhas anotações e faça perguntas, se houver. Ao fazer perguntas que me permitam entender áreas que não são claras e reformulá-las ou adicionar mais diagramas.

Tensão no condutor neutro

Agora sabemos que o condutor neutro está aterrado na caixa do disjuntor. Existe uma voltagem no condutor neutro e, em caso afirmativo, qual é essa voltagem?

Com o neutro sendo aterrado, sua voltagem à terra deve ser zero, mas isso está esquecendo a queda de voltagem no comprimento do fio neutro, da carga até a conexão ao terra na caixa do disjuntor - essa queda de voltagem é causada pela corrente que flui ao longo o neutro.

Vamos ver um exemplo. Digamos que você tenha um trecho de 50 pés de fio de cobre # 14 AWG da conexão da carga até a terra na caixa do disjuntor, operando um secador de cabelo com uma carga de 15 amperes. De acordo com meu manual de referência (2017 NEC Tabela 8), a resistência de 50 pés de fio de cobre sólido nº 14 AWG é de 0,15 Ohms. Usando a Lei de Ohm para resolver a tensão, 0,15 Ohms x 15 amperes = 2,3 volts no condutor neutro no receptáculo, que é uma voltagem segura.

Há situações em que um condutor neutro pode estar em um nível de tensão significativamente mais alto e potencialmente perigoso. Portanto, nunca confie que um condutor neutro é seguro - sempre teste um neutro com um testador de tensão sem contato, como faria com um fio quente.

Falta à terra em sistemas adequadamente aterrados

Uma falta à terra é uma conexão não intencional entre um condutor quente (fio condutor de tensão) e um terra. Se não for corrigida, a corrente em uma falta à terra pode resultar em choque, eletrocussão ou incêndio.

O objetivo de um fio terra é proteger em caso de falha à terra. Como o fio terra realiza essa função?

Isso é feito permitindo que uma corrente suficiente flua ao longo dele para desarmar o dispositivo de superproteção de circuito para esse circuito, que nos EUA para circuitos ramificados é normalmente o disjuntor de 15 ou 20 A na caixa do disjuntor.

E não queremos apenas que o disjuntor desarme - queremos que ele desarme rapidamente. Por que rápido? Por algumas razões. Primeiro, um disjuntor, diferentemente do entendimento comum, não desarma para impedir que o excesso de corrente flua - ele não pode fazer isso. A corrente que flui em uma falta à terra é limitada por várias coisas (além do que eu quero entrar aqui) - mas que é basicamente controlada pela Lei de Ohm e pelo nível de corrente fornecido ao circuito em condições de falha (chamado curto corrente do circuito)

A corrente na falta à terra é afetada pela resistência do caminho de terra de volta à sua fonte - o transformador. (Na verdade, é a impedância do circuito e a corrente de falha de curto-circuito disponível, mas isso nos leva a um nível que não queremos ir aqui).

Portanto, se o dispositivo de proteção contra sobrecorrente não protege limitando o fluxo de corrente, como ele protege? Isso é feito limitando o tempo que a corrente de falha está disponível.

A energia é watts por unidade de tempo - por isso, se minimizarmos o tempo que minimizamos a energia disponível, e é geralmente a energia que causa danos nos níveis de tensão residencial, seja o dano ao equipamento ou o ser humano. Portanto, queremos que o disjuntor seja disparado o mais rápido possível (mais sobre isso abaixo) para minimizar os danos.

Disparo de um disjuntor de forma rápida / eficaz Caminho de corrente de falta à terra

Nosso objetivo é disparar o disjuntor rapidamente em uma falta à terra. Quão rápido é "rapidamente" e como podemos conseguir isso?

Minha residência tem disjuntores GE, então vou falar sobre eles. Outros disjuntores residenciais operam de maneira semelhante, mas não idêntica.

Os disjuntores têm o que é chamado de "curva de disparo" - isto é, um diagrama que descreve a relação de corrente (em amperes) que passa por qualquer disjuntor em relação ao tempo que o disjuntor leva para eliminar a falha. Se você souber o número da marca e modelo do seu disjuntor, poderá encontrar sua curva de disparo no site da fabricante.

Abaixo está a curva de disparo para disjuntores GE do tipo que tenho em minha residência.

Não vou entrar em detalhes sobre essas curvas, além de observar algumas coisas. Uma é que eles têm uma faixa de tolerância para eles - uma área onde eles podem eliminar a falha ou não. Essa tolerância se deve a problemas de fabricação e outros. No diagrama acima, essa área de tolerância é mostrada em verde.

Outro ponto é que existem duas partes na curva, uma que é mais lenta na ação - que atua em níveis mais baixos de corrente e outra que é chamada de “região de disparo instantâneo” onde o disjuntor opera mais rapidamente.

(O disjuntor possui diferentes mecanismos que disparam em diferentes níveis de corrente e em diferentes velocidades. Observando o diagrama abaixo, pode-se ver o "Elemento bimetálico" que atua em níveis mais baixos de corrente, mas em velocidades mais lentas, e o "Elemento magnético" que opera em níveis mais altos de corrente e em velocidades mais altas - que é o dispositivo de “disparo instantâneo” em um disjuntor.)

A parte de disparo instantâneo da curva é a barra verde horizontal ao longo da parte inferior do gráfico. A barra verde que se estende para cima a partir daí é a viagem em níveis mais baixos de corrente que leva mais tempo.

Se você quiser saber mais sobre as curvas de viagem, consulte aqui: https: //www.c3controls.com/wp-co ... (https: //www.c3controls.com/wp-co ...

O que queremos que aconteça em uma falta à terra é fazer com que o disjuntor opere em sua região instantânea. Por quê? Para que o disjuntor possa limitar a quantidade de tempo que a corrente está fluindo - minimizando os danos resultantes.

Como fazemos o disjuntor disparar em sua faixa de disparo instantâneo? Por ter corrente suficiente (amperes) passar pelo disjuntor. Quanta corrente é essa? Varia de acordo com o tipo de disjuntor e pode ser determinado da perspectiva da engenharia, observando a curva de disparo do disjuntor específico.

Observando as curvas de disparo dos meus disjuntores, eles entram na região de disparo instantâneo com entre 10 e 30 (ou mais) vezes a sua classificação de disparo. Para um disjuntor de 15 A, isso é entre 150 e 450 A. Portanto, queremos que pelo menos 150 amperes fluam através do disjuntor em condições de falta à terra, para permitir que o disjuntor dispare rapidamente (em sua região de disparo instantâneo) - limitando assim o tempo em que a corrente flui, limitando os danos causados ​​pela liberação de energia elétrica. energia (watt-segundos).

Como vamos fazer isso? Por ter um “caminho efetivo da corrente de falta à terra”. Isso significa que a resistência (na verdade, a impedância - mas já ultrapassamos nossa atribuição de tempo aqui) de volta à fonte de corrente é suficientemente baixa para que a corrente de disparo necessária possa fluir para fazer o disjuntor disparar em sua região instantânea.

Os cálculos reais de engenharia ficam mais complexos que isso, mas simplisticamente usando a Lei de Ohm DC, onde a resistência em Ohms = tensão / corrente, 120 volts / 150 amperes = 0,8 Ohms. Embora esse cálculo não seja preciso por várias razões, ele fornece um aprendizado importante. Ser capaz de eliminar rapidamente uma falha requer um caminho de volta à fonte de corrente (o transformador) de resistência bastante baixa (na verdade impedância - mas, novamente, isso não pretende ser uma dissertação de engenharia).

Em um circuito típico de 15 A, um fio de cobre # 14 AWG será bom para isso? Não vou incomodá-lo com os cálculos, mas basicamente, desde que o número 14 esteja a menos de 250 pés da carga até a caixa do disjuntor, você deve estar bem. (Observação - este não é um cálculo de engenharia preciso, apenas um exemplo para nossos objetivos do Quora aqui.)

Se você deseja calcular isso com mais precisão, a Mike Holt Enterprises possui um aplicativo (gratuito) "Caixa de ferramentas elétricas de Mike Holt" que pode calcular facilmente isso e outras coisas para você.

Caminho de retorno ao solo, barras de aterramento e aterramento de canos de água

Lembra onde a corrente no circuito quer ir? Não à terra - à sua fonte, que neste caso é o transformador.

No caso de uma falta à terra (um toque quente em algo aterrado), ele o faz seguindo o (s) caminho (s) de terra de volta à fonte - o transformador.

Algumas pessoas acreditam que a haste de aterramento na caixa do disjuntor, através da terra, para a haste de aterramento no transformador de volta ao neutro no transformador fornece um caminho de retorno adequado para a corrente de falta à terra - mas funciona?

Por Soars (referência no final disso) - “Um estudo do circuito de corrente de falha ... mostra que é improvável que haja uma impedância (do transformador à caixa do disjuntor - através da haste de aterramento na caixa do disjuntor, através da terra para a haste / placa de aterramento no transformador) inferior a 22 ohms como a soma de todas as impedâncias ... ”Isso inclui situações em que a tubulação de água está ligada ao sistema de aterramento. Soars observa que esse número de impedância de aterramento de 22 ohms é um número otimisticamente baixo, na melhor das hipóteses, e é amplamente uma função da resistividade do solo. (O Soars tem muito mais informações sobre esse assunto para os interessados.)

Então, vamos dar uma olhada nisso usando a Lei de Ohm. 120 volts / 22 ohms = 5,5 amperes. Com um fusível ou disjuntor de 15 ou 20 A, é óbvio que o dispositivo de proteção contra sobrecorrente nunca desarma, expondo o metal no caminho da falta à terra a tensões e correntes potencialmente perigosas indefinidamente.

É por isso que é inseguro e contra o Código Elétrico Nacional (NEC - o código de instalação elétrica usado em todos os 50 estados) aterrar apenas em uma haste de aterramento.

(Ouvi várias pessoas afirmarem que é possível trocar um receptáculo não aterrado por um receptáculo aterrado simplesmente movendo uma haste de aterramento em um local conveniente e conectando-o ao terminal de aterramento no receptáculo aterrado ou conectando um fio terra para um cano de água próximo. Novamente - ambos seriam inseguros pelas razões mostradas e uma violação da NEC.)

Nos EUA, ter um “caminho efetivo da corrente de falta à terra” é um requisito legal da NEC 250.4 (A) (5) de 2017, e eu suspeito que os códigos de instalação de fiação em todo o mundo tenham um requisito semelhante.

Aqui está o que a seção da NEC diz sobre esse assunto:

“O equipamento elétrico, a fiação e outros materiais eletricamente condutores que provavelmente serão energizados devem ser instalados de maneira a criar um circuito de baixa impedância que facilite a operação do dispositivo de sobrecorrente ... A terra não deve ser considerada como um caminho eficaz de falta à terra.”

Mas e os sistemas de tubulação de metal como um caminho eficaz de corrente de falta à terra? Assim como as hastes de aterramento, os sistemas de tubulação de metal contam com a resistividade da terra entre o tubo de água e a fonte (o que é isso mesmo?) - e, como já vimos, a terra não fornece o caminho de baixa impedância necessário para disparar a sobrecorrente dispositivo.

Finalidade das hastes de aterramento / aterramento em tubulações de água

Então, qual é o propósito dessas barras de aterramento e sua conexão com a terra?

De acordo com o Código Elétrico Nacional, especificamente 2017 NEC 250.4 (A) (1), é “limitar a tensão imposta por raios, sobretensões na linha ou contato não intencional com linhas de alta tensão e que estabilizará a tensão na terra durante a operação normal. "

Observe que em nenhum lugar ele menciona algo sobre disparar dispositivos de proteção contra sobrecorrente, limitar o tempo e a energia disponíveis em condições de falha de aterramento ou proteger equipamentos ou pessoas contra os riscos associados a falhas de aterramento.

(Os interessados ​​no tópico do uso de sistemas metálicos de tubulação de água como meio de aterramento elétrico são consultados no artigo muito interessante "Aterramento elétrico, integridade do tubo e risco de choque" - American Water Works Association Journal;; Julho de 1998, Volume 90, Edição 7. https: //www.researchgate.net/pub ...)

Faltas à terra sólidas / “parafusadas” e GFCIs

Os tipos de faltas à terra que discutimos até agora são faltas à terra sólidas, também chamadas de faltas à terra “parafusadas”. Nesse tipo de falha, há uma conexão sólida ou "parafusada" entre um objeto quente e um objeto aterrado. Mas e se a conexão não for sólida - se for apenas parcial ou fraca? Essas conexões de alta resistência podem ocorrer se as peças estiverem corroídas ou se houver outra alta resistência no caminho da falta à terra - como um ser humano. Nesses casos, a corrente será insuficiente para disparar o disjuntor e o risco permanecerá, resultando potencialmente em incêndio ou eletrocussão.

Observando a curva de disparo do meu disjuntor GE, um disjuntor de 15 A eliminará uma falha de 30 A entre 17 e 120 segundos. Para uma falha de 22 A, serão necessários entre 50 e 500 segundos para limpar a falha. Esses são tempos suficientes para potencialmente eletrocutar uma pessoa.

Qual a velocidade do disjuntor de 15 A eliminará uma falha de 16 A? Nunca - isso mesmo, nunca! Para falhas de aproximadamente 16 A ou menos, esses disjuntores de 15 A nunca eliminarão a falha.

Digite os GFCI (interruptores do circuito de falha à terra). Um GFCI é projetado para disparar em um período de tempo especificado quando a corrente do quente ao solo exceder 6 mA - 6 milésimos de um amplificador. Esse nível foi escolhido para estar alinhado com a fisiologia humana, os níveis de eletrocussão e os níveis atuais de desapego (níveis de corrente que a maioria das pessoas pode deixar ir).

Como nos disjuntores, os GFCI não podem e não limitam o fluxo de corrente - o fluxo de corrente é uma função da Lei de Ohm. Assim como os disjuntores, os GFCIs são eficazes limitando o tempo em que a falha está presente. E, como nos disjuntores, os GFCI operam em uma curva de corrente versus tempo de disparo (mostrado abaixo).

A teoria por trás da operação de um GFCI (interruptor de circuito de falta à terra) é bastante simples. A diferença entre o fluxo de corrente nos condutores quentes e os neutros deve ser zero - toda a corrente que sai no condutor quente deve retornar ao transformador no condutor neutro. Se diferente de zero, a corrente deve estar indo para outro lugar que não o destino pretendido - que é alimentar o dispositivo.

Em uma falta à terra, a corrente está fluindo de quente para a terra, daí o nome falha à terra - uma falha em que a corrente elétrica está fluindo involuntariamente para a terra. Um possível local para onde a corrente está indo é através do corpo de uma pessoa.

Na prática, é razoavelmente simples construir um dispositivo que irá disparar em uma falta à terra (consulte o diagrama esquemático do GFCI abaixo):

  1. Meça a diferença no fluxo de corrente entre os condutores quente e neutro. Isso é feito com um transformador de corrente (“Sensor” no diagrama abaixo) através do qual os condutores quente e neutro passam. A saída do transformador de corrente, em condições normais, deve ser zero - pois o fluxo de corrente nos fios quentes e neutros deve ser exatamente o mesmo. Se ocorrer uma falta à terra (a corrente flui do quente para o terra, ignorando o condutor neutro), a diferença no fluxo de corrente entre os condutores quente e neutro é diferente de zero e a saída do transformador de corrente será diretamente proporcional a essa diferença. a saída do transformador de corrente e coloque-a em circuitos eletrônicos que possam medir e ativar quando a corrente exceder uma quantidade especificada por um período especificado no tempo. Este nível e tempo de corrente são coordenados com níveis seguros de energia para o corpo humano e são mostrados no diagrama e na curva acima. Quando a saída medida do transformador de corrente excede os níveis definidos na eletrônica, o circuito eletrônico ativa um interruptor que abre os condutores quentes e neutros, interrompendo o fluxo de eletricidade e potencialmente salvando uma vida.

Ao contrário do que algumas pessoas acreditam, operar corretamente e totalmente um GFCI não requer um fio terra. Uma olhada no esquema interno de um GFCI mostra por que esse é o caso. O fio terra não é útil na função dos circuitos GFCI.

Um GFCI em ação é mostrado abaixo:

Alguns acreditam incorretamente que a função Teste interna em um GFCI não desarma sem a presença de um fio terra. Isso está incorreto - como o estudo do esquema GFCI indica.

No entanto - se estiver usando um testador GFCI externo com um GFCI que não possui uma conexão à terra, o testador GFCI externo não operará o GFCI. O testador GFCI externo opera colocando um resistor de teste nos fios quentes e terra. Não havendo fio terra, nenhum fluxo de corrente, portanto, o GFCI não pode desarmar.

Faltas à terra no arco e AFCI's

AFCI significa interruptor de circuito com falha de arco. A viagem da AFCI em arquear falhas.

Muitos incêndios são iniciados por falhas de arco. Existem vários tipos de falhas de arco:

  • Falhas de arco paralelo - quente a neutro.Falhas de arco paralelo - quente a terra.Falhas de arco de série, como terminais de parafusos soltos ou outras terminações ruins ou condutores parcialmente quebrados.

As falhas de arco geram muito calor e altas temperaturas e, portanto, são especialmente perigosas em sua capacidade de iniciar incêndios.

Os GFCIs geralmente não reagem a falhas de arco por uma variedade de razões.

Disjuntores e fusíveis convencionais não reagem a falhas de arco em série porque não há aumento no fluxo de corrente no circuito. Eles não reagem a falhas de arco paralelo porque a quantidade de fluxo de corrente adicional é relativamente baixa - bem abaixo da corrente necessária para queimar um fusível ou disparar um disjuntor convencional.

Causas comuns de falhas no arco

De acordo com a US Consumer Products Safety Commission, as causas mais comuns de falhas não operacionais do arco são:

  • Grampos perfuram o isolamento do cabo em uma parede, geralmente criando uma falha de arco paralelo quente ao solo.Um prego ou parafuso usado para montar algo na parede (como pendurar uma foto) que penetra no cabo, criando uma falha de arco paralelo quente ao solo. Os cabos de extensão usados ​​de maneira inadequada, como tapetes ou batentes de porta, geralmente resultam em uma falha de arco em série.Use desgaste dos cabos de alimentação do aparelho, geralmente resultando em uma falha de arco em série. isso pode danificar o isolamento, geralmente resultando em uma falha de arco em série.

As falhas de arco produzem formas de onda elétricas que podem ser detectadas pelos AFCIs.

Receptáculos Invioláveis

Os receptáculos resistentes a violações fornecem proteção automática permanente e confiável contra a colagem de um objeto no slot de um receptáculo.

Uma análise dos dados da Comissão de Segurança dos Produtos para Consumidores dos EUA (CPSC), durante um período de 10 anos, de 1991 a 2001, revelou que mais de 24.000 crianças menores de 10 anos foram tratadas em pronto-socorro como resultado de incidentes relacionados a receptáculos.

Isso é uma média de quase 7 crianças por dia.

Essas lesões variaram de pequenos choques elétricos e queimaduras a condições mais graves. Os ferimentos foram causados ​​principalmente devido a crianças que colocavam itens domésticos comuns em tomadas elétricas (tomadas). Esses itens incluem clipes de papel, chaves, grampos de cabelo, parafusos / pregos ou até mesmo os dedos. As crianças são menos resistentes a choques elétricos do que os adultos, pois possuem pele mais fina e, entre as crianças mais jovens, a saliva está frequentemente presente, o que promove a condutividade.

Algumas medidas preventivas estão no mercado há anos, como tampas plásticas, mas elas não são usadas de forma consistente. De fato, uma pesquisa conduzida pelo Temple University Biokinetics Laboratory constatou que 47% das crianças de 4 anos estudadas foram capazes de remover uma marca de boné, e 100% das crianças de 2 e 4 anos puderam remover uma segunda marca - em muitas casos dentro de 10 segundos!

Além disso, os adultos esquecem de reinserir as tampas após o uso do receptáculo, não deixando assim nenhuma proteção para a saída.

Se você estiver interessado em dados mais recentes, leia a seguinte ficha técnica da National Fire Protection Association: https: //www.nfpa.org / - / media / Fil ...

Os receptáculos resistentes a violações têm sido usados ​​em áreas pediátricas de hospitais há muitos anos e provaram ser uma solução confiável na prevenção de lesões elétricas. Um receptáculo resistente a violações funciona da mesma forma que um receptáculo padrão, mas adiciona um mecanismo de segurança interno que impede a entrega de eletricidade a qualquer coisa que não seja as lâminas da tomada.

A proteção mecânica resistente a violações resiste à inserção de objetos estranhos no receptáculo (veja o diagrama abaixo).

As persianas invioláveis ​​dentro do receptáculo são projetadas para permanecerem fechadas se um objeto for inserido em um lado ou no outro do receptáculo.

Obturadores resistentes a adulteração só serão abertos se dois objetos, como as lâminas de um plugue, forem inseridos ao mesmo tempo, usando a mesma força, como é o caso quando um plugue é inserido na tomada.

Ao contrário das tampas de plástico, a proteção fornecida por um receptáculo inviolável é permanente, confiável e automática, pois é parte integrante do receptáculo. Não é necessário lembrar de inserir ou substituir uma tampa de bloqueio de plástico.

Juntando tudo

Esperamos que agora você tenha uma melhor compreensão de como as seguintes opções fornecem um sistema que é essencialmente livre de riscos de eletricidade em instalações residenciais nos EUA:

  • Um sistema de aterramento eficazpara os dispositivos de proteção de corrente (fusíveis ou disjuntores) Tecnologia GFCITecnologia AFCI receptáculos resistentes a compressores

Referências

Existem várias referências e recursos disponíveis sobre o assunto, muitos deles assumindo que o leitor possui uma sólida formação em teoria elétrica (por exemplo, livros de faculdade e artigos técnicos).

Existem dois livros que acredito que qualquer pessoa com conhecimento geral e interesse em eletricidade possa entender. Eles foram escritos especificamente para eletricistas e praticantes de engenheiros de sistemas de energia elétrica nos EUA, mas acredito que as informações que eles contêm sejam de interesse para um público muito mais amplo:

  • Soars Grounding and Bonding - considerado por alguns como a Bíblia sobre o assunto. Guia Ilustrado de Mike Holt para Compreender os Requisitos da NEC para Ligação e Aterramento.

É claro que qualquer pessoa nos EUA envolvida na instalação elétrica desejará uma cópia do NEC.

  • O Código Elétrico Nacional (NEC), também conhecido como NFPA-70. Publicado a cada três anos pela Associação Nacional de Proteção contra Incêndios, a edição mais recente (embora não seja a imposta na sua jurisdição local) é a Edição 2020.

A fiação neutra em qualquer circuito é o caminho de retorno para a corrente viva ou de saída. . . Eles trabalham como um par. . . O aterramento é por segurança, é o fio de proteção; seu objetivo é garantir que qualquer peça metálica ou condutora que você possa tocar seja segura, com o mesmo potencial e o aterramento em que você se encontra. . . . Os fios terra ou terra, nunca devem estar conduzindo corrente, a menos que haja uma falha elétrica, ela transporta a corrente de falha com segurança para a terra e, com sorte, dispara o disjuntor no circuito defeituoso.