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 tamanho e o tamanho exato 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, assumimos 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 pegarmos 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 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., o que significa 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
e 0.000764 * 50' = 0.0382 ohms
e 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 falta.
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).