Sistemes i elements de protecció elèctrica en instal·lacions interiors de locals, oficines i indústries

L’única manera que una persona pot patir un xoc elèctric és si dues parts del seu cos estan sotmeses a diferents potencials elèctrics. Si evitem que es produeixi aquesta diferència de potencial, protegim la persona contra un xoc elèctric. Quan una persona entra en contacte amb una part de la instal·lació sotmesa a un potencial elèctric, direm que ha efectuat un contacte elèctric. Els contactes elèctrics poden ser de dos tipus:

• Contacte directe: contacte de persones o animals amb parts actives dels materials i equips.
• Contacte indirecte: contacte de persones o animals domèstics amb parts que s’han posat sota tensió com a resultat d’una fallada de l’aïllament.

Per poder protegir una persona contra l’electrocució derivada d’un contacte directe hem d’impedir que la persona pugui tocar la part activa en qüestió de forma accidental. Per aquest motiu podem evitar un contacte directe, segons l’REBT ITC-BT-24, de les maneres següents:

• Protecció per aïllament de les parts actives.
• Protecció mitjançant barreres o embolcalls.
• Protecció mitjançant obstacles.
• Protecció per ubicació fora de l’abast per allunyament.

Un contacte indirecte es produeix en tocar una part de la instal·lació no activa i que està sotmesa a una tensió o potencial respecte de terra, de manera accidental. Aquest potencial s’anomena tensió de contacte (Uc). Entre els tipus de protecció per evitar el contacte indirecte, tenim les anomenades proteccions per eliminació del risc d’electrocució i els sistemes per tall automàtic de l’alimentació.

Consisteixen a eliminar el risc d’electrocució, de manera que és molt poc probable que es produeixi un accident per contacte indirecte. Es pot eliminar el risc si tenim la seguretat que no pot aparèixer mai una tensió de contacte perillosa.

a) Protecció per connexió equipotencial local no connectada a terra

Podem assegurar que no hi ha una diferència de potencial entre les masses i les altres parts conductores de la instal·lació si totes les parts de la instal·lació tenen el mateix potencial. Ho podem aconseguir mitjançant una connexió equipotencial.

Aquest sistema de protecció consisteix a connectar totes les masses i tots el elements conductors que siguin simultàniament accessibles mitjançant un conductor d’equipotencialitat.

La connexió equipotencial local feta d’aquesta manera no ha d’estar connectada a terra, ni directament ni a través de masses o elements conductors.

S’han d’adoptar disposicions per assegurar l’accés de persones a l’emplaçament considerat sense que estiguin exposades a una diferència de potencial perillosa.

b) Protecció per separació de circuits

En cas que el circuit separat només alimenti un aparell, les masses del circuit no han d’estar connectades a un conductor de protecció. En el cas d’un circuit separat que alimenti molts aparells, s’han de satisfer les prescripcions següents:

• Les masses del circuit separat s’han de connectar entre si mitjançant conductors d’equipotencialitat aïllats, no connectats a terra. Aquests conductors no s’han de connectar ni a conductors de protecció ni a masses d’altres circuits ni a elements conductors.
• Totes les bases de preses de corrent han d’estar proveïdes d’un contacte de terra, que ha d’estar connectat al conductor d’equipotencialitat descrit a l’apartat anterior.
• Tots els cables flexibles d’equips que no siguin de classe II han de tenir un conductor de protecció utilitzat com a conductor d’equipotencialitat.
• En cas que hi hagi dos errors francs que afectin dues masses i que estiguin alimentats per dos conductors de polaritat diferent, hi ha d’haver un dispositiu de protecció que garanteixi el tall del subministre en un temps com a màxim igual al que indica la taula:

c) Sistema de protecció per a l’ús d’equips de classe II o per a aïllament equivalent

L’aïllament de classe II d’un material elèctric consisteix a protegir contra xocs elèctrics mitjançant un doble aïllament o aïllament reforçat. Aquestes mesures no suposen la utilització del sistema de posada a terra per a la protecció i no depenen de les condicions de la instal·lació. S’assegura aquesta protecció per:

• Utilització d’equips amb un aïllament doble o reforçat (classe II).
• Conjunts d’aparellatge construïts en fàbrica i que tinguin aïllament equivalent (doble o reforçat).
• Aïllaments suplementaris muntats en el curs de la instal·lació elèctrica que aïllin equips elèctrics que tinguin únicament un aïllament principal.
• Aïllaments reforçats muntats en el curs de la instal·lació elèctrica que aïllin les parts actives descobertes, quan per construcció no sigui possible utilitzar un doble aïllament.

Un material elèctric de classe II no té cap connexió a terra, ja que el seu doble aïllament no deixa accedir la persona a les parts metàl·liques del material, susceptibles d’estar sotmeses a un potencial elèctric perillós.

Aquest tipus de protecció per si sol no té sentit, sinó que ha d’anar combinat amb el sistema de connexió a terra de la instal·lació. Consisteix a tallar el subministrament elèctric en el moment en què es produeix un contacte indirecte. El dispositiu que s’encarregarà de tallar el subministrament dependrà de l’esquema de distribució de l’energia elèctrica. Els esquemes de distribució es defineixen en funció del següent:

• Connexions a terra del neutre de la xarxa d’alimentació.
• Connexió de les masses de la instal·lació receptora a terra.

Els esquemes de distribució es denominen amb un codi de lletres, que tenen el significat següent:

La primera lletra: es refereix a la situació de l’alimentació respecte de terra.

• T = Connexió directa d’un punt d’alimentació a terra.
• I = Aïllament de totes les parts actives de l’alimentació respecte de terra o connexió d’un punt a terra mitjançant una impedància.

La segona lletra: es refereix a la situació de les masses de la instal·lació receptora respecte de terra.

• T = Masses connectades directament a terra, independentment de l’eventual posada a terra de l’alimentació.
• N = Masses connectades directament al punt de l’alimentació posat a terra (en corrent alterna, aquest punt és normalment el neutre).

Altres lletres (eventuals): es refereixen a la situació relativa del conductor neutre i el conductor de protecció.

• S = Les funcions de neutre i de protecció, assegurades per conductors separats.
• N = Les funcions de neutre i de protecció, combinades en un sol conductor (conductor CPN).

a) Esquema TN

Els esquemes TN tenen el neutre connectat directament a terra i les masses de la instal·lació receptores connectades en aquest mateix punt, mitjançant conductors de protecció. Es distingeixen tres tipus d’esquemes TN segons la disposició relativa del conductor neutre i del conductor de protecció:

Esquema TN-S: en què el conductor neutre i el de protecció són diferents en tot l’esquema (figura).

Esquema TN-C: en què el conductor neutre i el de protecció són un únic conductor (CPN) (figura).

La protecció s’assegura amb un curtcircuit quan apareix un defecte cap a la massa del receptor. El tall es produeix quan es produeix un primer defecte. Les proteccions i les seccions dels conductors s’han de dissenyar de manera que si es produeix una fallada en qualsevol punt de la instal·lació, d’impedància molt baixa, entre un conductor de fase i el conductor de protecció o una massa, el tall automàtic s’efectuï en un temps igual, com a màxim, al valor especificat, i es compleixi la condició següent:

On:

• és la impedància del bucle de defecte.
• és el corrent que assegura el funcionament del dispositiu de tall automàtic en un temps com a màxim igual al definit en la taula. En cas de fer servir un dispositiu de corrent diferencial-residual, Ia és el corrent diferencial assignat.
• és la tensió nominal entre fase i terra, valor eficaç en corrent altern.

En l’esquema TN poden utilitzar-se els dispositius de protecció següents:

• Fusibles o interruptors automàtics.
• Dispositius de protecció de corrent diferencial-residual. (Aquesta protecció no es pot fer servir quan hi ha el conductor CPN.)

Esquema TN-C-S: en què el conductor neutre i el de protecció són un únic conductor (CPN) i en un punt de la instal·lació se separen en dos conductors separats.

b) Esquema TT

L’esquema TT té un punt de l’alimentació, generalment el neutre o compensador, connectat directament a terra. Les masses de la instal·lació receptora estan connectades a una presa de terra separada de la presa de terra de l’alimentació (vegeu la figura).

c) Esquema IT

Aquest tipus d’esquema té un neutre aïllat de terra o connectat mitjançant una impedància de valor alt. Les masses de la instal·lació receptora estan connectades a terra. En cas que hi hagi un primer defecte, el corrent és molt petit i no és necessari tallar-lo immediatament. Aquest corrent pot ser detectat per un controlador d’aïllament que actuï sobre un senyal acústic o visual. D’aquesta manera queda advertit l’usuari de la instal·lació que hi ha un defecte cap a terra. Si un altre receptor pateix un defecte (segon defecte), llavors s’ha d’interrompre l’alimentació. Les condicions de tall per al segon defecte depenen de la distribució o no del neutre:

• Quan les masses estan posades a terra separadament, s’apliquen les regles de l’esquema TT.
• Quan les masses estan interconnectades (conductor CPN), s’aplicaran les mateixes regles que en l’esquema TN, amb protecció mitjançant un dispositiu contra sobreintensitats, de manera que compleixi les condicions següents:

Aquest tipus d’esquema s’utilitza majoritàriament en indústries.

Una de les finalitats de protegir una instal·lació és indirectament la protecció de les persones i els animals domèstics. En el sector industrial s’han d’afegir també les condicions adverses a què poden estar sotmeses les línies, com poden ser temperatures molt altes o molt baixes, atmosferes amb gasos corrosius, etc. La forma de fer la instal·lació i el tipus de canalització també influeixen en l’escalfament dels circuits. Un escalfament excessiu d’un circuit pot provocar la pèrdua d’aïllament i, per tant, provocar un curtcircuit. Aquest pot ser el detonant d’un incendi. Aquí radica la importància d’un bon disseny de la instal·lació i del dimensionament correcte de la instal·lació mateixa. I tot això per evitar un sobreescalfament de les línies. És de vital importància prestar molta atenció al dimensionament de les línies i el disseny de la instal·lació en general, per poder evitar un sobreescalfament dels conductors.

Hi ha dues maneres de provocar una sobreintensitat:

• Sobreintensitat per sobrecàrrega.
• Sobreintensitat per curtcircuit.

La sobrecàrrega es produeix per una demanda de consum elèctric superior al que normalment ofereix aquesta línia i que supera el 80% del valor de corrent màxim admissible dels conductors.

Per determinar quin és el valor del corrent màxim admissible d’un conductor, primer s’ha de tenir coneixement de la manera com s’ha d’instal·lar i del tipus de canalització. A la norma UNE 20.460-5-523 s’especifiquen quins són els corrents màxims admissibles per a cada tipus d’instal·lació i per a cada tipus de cable. Un conductor tripolar instal·lat a l’aire lliure, soterrat dins d’un tub o encastat a la paret dins d’una canalització no té en cap cas la mateixa capacitat de dissipació de calor. Per tant, el seu valor de corrent màxim admissible serà diferent per a cada cas.

Per saber si una línia està sobrecarregada podem calcular el factor de càrrega (fc). És la relació que hi ha entre el corrent previst i el corrent màxim admissible. Aquest factor no ha de superar el valor de 0,8. Si en la fase de disseny trobem que una línia està sobrecarregada hem d’augmentar-ne la secció. D’aquesta manera augmenta el corrent màxim admissible i, així, disminueix el factor de càrrega.

Una sobreintensitat generada per un curtcircuit pot provocar danys seriosos en la instal·lació i pot ser el començament d’un incendi. Hi ha molts factors que poden provocar un curtcircuit, però generalment són produïts per un deteriorament de l’aïllament de les línies. En les instal·lacions interiors, el càlcul de corrent de curtcircuit es calcula tenint en compte un defecte entre fase i terra, com a cas més desfavorable, i es considera insignificant la inductància del cable. També es considera que el començament de la instal·lació dels usuaris és 0,8 vegades la tensió de subministrament. Amb aquestes consideracions tenim l’expressió següent per calcular el corrent de curtcircuit:

On:

• és la intensitat de curtcircuit màxima en el punt considerat.
• és la tensió d’alimentació entre fase i neutre (230 V).
• és la resistència del conductor de fase entre el punt considerat i l’alimentació.

La finalitat dels dispositius de protecció contra sobreintensitats és protegir la instal·lació. Les proteccions contra sobreintensitats poden ser només per protegir contra una sobrecàrrega, només per protegir contra un curtcircuit o, fins i tot, totes dues sobreintensitats. Podem utilitzar diferents tipus de protecció contra sobreintensitats:

• Fusibles i interruptors fusibles.
• Interruptors magnetotèrmics.

El dispositiu de protecció més antic és el fusible. A la indústria és molt utilitzat el fusible i els interruptors fusibles com els de la figura.

El fusible és un dispositiu de protecció que s’utilitza per protegir les instal·lacions contra sobrecàrregues o un curtcircuit.

Un fusible està compost dels elements següents:

• Cos del fusible: part externa del fusible que suporta els contactes i els elements de fusió. Pot ser de vidre o de ceràmica.
• Material de rebliment: sorra de quars o silícica que té com a funcions l’extinció de l’arc elèctric i la dissipació de la calor.
• Contactes del cartutx fusible: elements que connecten el filament amb la base fusible.
• Element de fusió o element fusible: cinta de coure o plata, amb reduccions de secció per afavorir la fusió en aquests punts. En el filament també hi ha uns punts de soldadura que serveixen per assegurar la fusió en cas de sobrecàrrega.
• Indicador de fusió i/o percussor: testimoni que el fusible s’ha fos. El color de l’indicador està relacionat amb l’amperatge del fusible. El percussor és un element que actua quan el filament s’ha fos i proporciona actuació mecànica.

La base fusible està formada per un suport que conté els contactes per al cartutx fusible i els borns per connectar l’element protector a la instal·lació mitjançant cargols i terminals.

Un fusible està format per un filament d’un material conductor pel qual passa el corrent de la línia. Quan apareix un corrent molt alt el filament s’escalfa fins a arribar a la temperatura de fusió. Les seccions reduïdes del fusible fonen simultàniament, i divideixen l’arc elèctric en petits arcs, amb la qual cosa es garanteix l’extinció ràpida i eficaç. El filament queda dividit en petits fragments, de manera que el circuit queda obert i sense continuïtat elèctrica. Un cop el filament s’ha fos no es pot reparar el fusible i s’ha de canviar per un fusible nou.

Les característiques electriques dels fusibles s’han de coneixer per poder escollir el millor fusible per protegir la nostra instal·lació.

Les característiques elèctriques les donen els paràmetres següents:

• Tensió nominal (Un): tensió màxima de funcionament del fusible en valor eficaç.
• Intensitat nominal (In): intensitat que pot suportar de manera indefinida en condicions normals sense que es deteriori el filament. Correspon al calibre del fusible.
• Intensitat de no-fusió (Inf): valor del corrent que el filament pot suportar durant un temps determinat sense fondre.
• Intensitat de fusió (If): valor del corrent que provoca la fusió en un temps convencional.
• Poder de tall (I1): intensitat que és capaç de tallar sota la tensió especificada sense que es deteriori el cartutx. El valor d’aquest corrent és al voltant del kA.
• Corba de fusió: corba característica del fusible en què els eixos són el temps i la intensitat. En la figura podem veure una corba característica amb els valors més significatius.

Els fusibles es poden classificar per la seva forma i per l’element que protegeixen. Per la forma que tenen poden ser de tres tipus:

• Tipus de fulla (NH) d’alta capacitat de ruptura
• Tipus cilíndrics
• Tipus d’ampolla (D) o (DO)

Els tipus de fusibles també es poden classificar per l’element que protegeixen i estan determinats per dues lletres. La primera lletra determina què fa el fusible dins de la instal·lació. La segona lletra indica l’element que protegeix.

a) Primera lletra:

• g: fusibles d’ús general que protegeixen de sobrecàrrega i de curtcircuit.
• a: fusibles d’acompanyament que només protegeixen d’un curtcircuit.

b) Segona lletra:

• G: protecció de conductors.
• M: protecció de motors.
• B: protecció de línies molt llargues.
• D: protecció amb disjuntors.
• R: protecció de semiconductors (fusibles ràpids).
• C: protecció de condensadors.
• Tr: protecció de transformadors.

c) Exemples:

• gTr: fusible d’ús general per protegir transformadors.
• gG: els antics gL són fusibles d’ús general (protecció de conductors).
• gR: fusibles d’ús general ultra ràpids per protegir semiconductors.

Per escollir un fusible és important conèixer el corrent màxim que pot suportar l’aparell que ha de protegir i també quina serà la intensitat del corrent que circularà amb normalitat per la línia que alimenta l’aparell per protegir (intensitat de disseny). Per escollir el corrent nominal d’un fusible és necessari que el corrent de disseny quedi per sota seu i que el corrent màxim que pot aguantar l’element que s’ha de protegir sigui superior al corrent nominal.

Es parla de selectivitat entre fusibles quan queda assegurada la protecció d’un circuit, en cas de sobreintensitat, i no afecta el circuit general. Quan s’instal·la un fusible general i en les derivacions posteriors fem servir també fusibles per protegir un circuit o una màquina, s’ha d’estar segur que són selectius. Si no són selectius pot ser que el fusible general fongui el primer i deixi sense subministrament elèctric la resta de circuits o derivacions. Per poder aconseguir la selectivitat entre dos fusibles s’ha d’escollir mirant les corbes característiques I²t. En aquestes gràfiques podem saber quina quantitat d’energia deixarà passar el fusible i, per tant, l’energia calorífica que dissiparà la línia que protegeix. Amb la gràfica de la figura podem saber quin és el valor de I²t en el moment del prearc i en quin valor de I²t funciona el fusible. Per tant, dos fusibles són selectius si el valor de I²t de prearc del fusible de més calibre no coincideix amb el valor de I²t de funcionament del fusible aigües avall.

Per tant, a la figura es pot assegurar la selectivitat del fusible de 80 A amb els fusibles de 40 A i els de calibre inferior, però no és selectiu amb el de 50 ni tampoc amb el de 63 A.

L’interruptor magnetotèrmic és un dispositiu de tall que té la capacitat de detectar una sobrecàrrega o un curtcircuit i poder tallar la continuïtat del circuit en un temps extremadament curt. Després de tallar el circuit és pot tornar a restablir el pas del corrent si rearmem l’interruptor. El rearmament pot ser manual o automàtic. Per detectar una sobrecàrrega fa servir una làmina bimetall i per detectar un curtcircuit té un electroimant. En els quadres de comandament i protecció sempre s’utilitza un interruptor magnetotèrmic general, anomenat interruptor general automàtic (IGA), és l’element protector de tot el quadre. Els interruptors magnetotèrmics que s’utilitzen per protegir un receptor o un circuit de la instal·lació s’anomenen petits interruptors automàtics (PIA). Tots dos són interruptors magnetotèrmics amb finalitats totalment diferents.

L’interruptor magnetotèrmic està compost per les parts internes següents (vegeu la figura):

• Carcassa: normalment de plàstic i formada per dues meitats. És la part que suporta tots els elements que formen l’interruptor magnetotèrmic.
• Borns de connexió: per a cada pol hi ha dos borns de connexió, un d’entrada i un de sortida. Al born d’entrada connectem l’alimentació i al born de sortida, el circuit que s’ha de protegir.
• Palanca de rearmament: permet la connexió i desconnexió manual de l’interruptor.
• Bobina magnètica: bobina de coure aïllat amb una secció molt gran i poques espires. En el nucli hi ha un cilindre d’acer mòbil desplaçat gràcies a la força d’una molla. Aquest cilindre és el percussor que acciona el mecanisme de la palanca de rearmament i així queda obert el circuit.
• Làmina bimetall: element format per dues làmines unides de diferent tipus de metall que presenten diferents coeficients de dilatació.
• Cambra d’extinció: zona formada per plaques metàl·liques separades elèctricament, encarregades de separar un arc elèctric en petits arcs elèctrics més fàcils d’extingir.
• Contactes: hi ha dos contactes, un de fix i un de mòbil. Els contactes són els elements encarregats d’obrir i tancar el circuit elèctric. El contacte mòbil està accionat per un mecanisme.

Quan es produeix un curtcircuit en un punt del circuit, apareix un corrent molt alt. Aquest corrent travessa l’interruptor magnetotèrmic i passa per la bobina magnètica. El corrent és tan gran que provoca un camp magnètic capaç d’atraure la barra metàl·lica que està ubicada al centre de la bobina. Aquesta barra està fixada a un enclavament mecànic que manté fixa la palanca de rearmament. Quan la barra és atreta l’enclavament es desenclava i la palanca de rearmament es mou i desconnecta el circuit. Tot aquest procés passa en mil·lèssimes de segon. Temps suficientment curt perquè el corrent de curtcircuit no deteriori el circuit. El corrent de curtcircuit també travessa la protecció tèrmica, però l’interruptor actua tan ràpid que el bimetall no té temps de dilatar. Quan el corrent que circula pel circuit és un corrent lleugerament per sobre del nominal, es pot parlar d’un corrent de sobrecàrrega. Aquests corrents són perjudicials a llarg termini, per això és convenient que no talli el circuit de manera instantània. La protecció tèrmica esta constituïda per dues làmines metàl·liques de dos metalls de factor de dilatació diferent. Les dues làmines estan soldades, de manera que formen una de sola. Quan circula un corrent elèctric pel bimetall, aquest s’escalfa, i cada material es prolonga de manera diferent. Però com que les làmines estan soldades, no tenen més remei que flexionar. Aquest moviment de flexió s’aprofita per desenclavar la palanca de rearmament i així poder desconnectar el circuit.

Els interruptors magnetotèrmics es classifiquen principalment per la seva corba característica. Cada magnetotèrmic té una corba diferent, destinada a protegir un tipus de receptor o instal·lació concreta. Les corbes característiques de desconnexió són les següents:

• Corba B: sector terciari i industrial per protegir grans longituds de cables.
• Corba C: instal·lacions domèstiques i protecció de circuits.
• Corba D: sector terciari i industrial per protegir línies amb puntes de corrent elevades.
• Corba Z: protecció de circuits electrònics.
• Corba MA: protecció de motors industrials i del sector terciari.
• Corba ICP (Unesa): interruptor de control de potència.

Les corbes característiques dels magnetotèrmics tenen a l’eix de les ordenades el temps en què es dispara en segons i a les abscisses, els múltiples del corrent nominal del magnetotèrmic.

Vegeu en la figura el símbol elèctric d’un magnetotèrmic trifàsic.

Aquests magnetotèrmics actuen entre 1,1 i 1,4 vegades el corrent nominal en la zona tèrmica, i entre 3 i 5 vegades el corrent nominal en la zona magnètica.

S’utilitzen els magnetotèrmics amb corba B per protegir generadors i línies llargues.

Si s’observa la figura podem saber que, per exemple, un magnetotèrmic de 10 A d’intensitat nominal, pel qual passen 20 A , es pot disparar entre 20 s i 200 s per la part tèrmica de la corba. Però per a un corrent de 70 A el magnetotèrmic salta a la corba magnètica entre 0,005 s i 0,015 s.

Aquests magnetotèrmics actuen entre 1,1 i 1,4 vegades el corrent nominal a la zona tèrmica, i entre 5 i 10 vegades el corrent nominal en la zona magnètica.

S’utilitzen els magnetotèrmics amb corba C per protegir circuits d’instal·lacions interiors principalment.

Si observem la figura es pot deduir que un magnetotèrmic de 10 A d’intensitat nominal, pel qual passen 20 A, es pot disparar entre 16 s i 180 s per la part tèrmica de la corba. Però si apareix un corrent de 200 A, el magnetotèrmic salta a la corba magnètica entre 0,007 i 0,018 s.

Aquests magnetotèrmics actuen entre 1,1 i 1,4 vegades el corrent nominal a la zona tèrmica, i entre 10 i 14 vegades el corrent nominal en la zona magnètica.

S’utilitzen els magnetotèrmics amb corba D per protegir circuits d’instal·lacions amb puntes de corrent altes, com poden ser circuits que alimenten motors elèctrics. Si observem la figura es pot deduir que un magnetotèrmic de 10 A d’intensitat nominal, pel qual passen 70 A, pot disparar entre 2 ms i 15 ms per la part tèrmica de la corba. Però si apareix un corrent de 200 A, el magnetotèrmic salta a la corba magnètica entre 0,009 s i 0,02 s.

Aquests magnetotèrmics actuen entre 2,4 i 3,6 vegades el corrent nominal a la zona tèrmica i s’utilitzen per protegir circuits electrònics. Tenen poca zona tèrmica i la resta de la gràfica és protecció magnètica. Es tracta d’un interruptor magnetotèrmic per actuar amb rapidesa (vegeu la figura).

Aquests magnetotèrmics actuen a partir de 12 vegades el corrent nominal a la zona magnètica segons la norma EN 60947.2. No tenen protecció tèrmica, per tant no es pot dir que sigui un interruptor magnetotèrmic.

Atès que no tenen protecció tèrmica, la corba és totalment vertical (figura). En un interruptor automàtic de 10 A de corba MA, quan hi circula un corrent de 200 A, l’interruptor actua entre 0,008 s i 0,02 s.

En alguns casos és imprescindible, per motius de seguretat, que una sobrecàrrega no desconnecti l’alimentació; com per exemple, una grua elevadora amb electroimant o un sistema d’extinció d’incendis, entre d’altres.

Aquests magnetotèrmics actuen entre 1,13 i 1,45 vegades el corrent nominal a la zona tèrmica, i entre 5 i 8 vegades el corrent nominal en la zona magnètica. Es tracta d’un interruptor magnetotèrmic dissenyat per tallar el circuit elèctric quan hi ha un excés de corrent lleugerament per sobre del corrent nominal (vegeu la figura).

Per a un interruptor magnetotèrmic amb corba ICP-M de 25 A, actua quan passin 50 A entre 2 s i 200 s.

Els dispositius de protecció han d’estar previstos per interrompre qualsevol corrent de sobrecàrrega en els conductors del circuit abans que la sobrecàrrega pugui provocar un escalfament perjudicial per a l’aïllament dels conductors. Per seleccionar el magnetotèrmic correctament primer s’ha de conèixer l’element que s’ha de protegir per poder determinar la corba de desconnexió. També s’han de complir tres condicions marcades per la norma UNE 20460-4-43, que són les següents:

a) El corrent de disseny de la instal·lació ha de ser inferior al corrent nominal del magnetotèrmic, però també el corrent nominal del magnetotèrmic ha de ser inferior al corrent màxim admissible del conductor.

On :

• : és el corrent de disseny de la instal·lació.
• : és el corrent nominal del magnetotèrmic.
• : és el corrent màxim admissible del conductor.

b) El corrent que produeix la desconnexió segura del magnetotèrmic (If) ha de ser inferior al corrent màxim admissible del conductor o element per protegir, augmentat un 45%.

On:

• és el corrent que garanteix el funcionament efectiu del dispositiu (corba de la dreta).
• és el corrent màxim admissible del conductor.

c) En el corrent de curtcircuit inferior a 0,1 s, el valor k²·S² ha de ser superior a l’energia que deixa passar el dispositiu de protecció I²·t donat pel fabricant.

On:

• k és el coeficient que té en compte la resistivitat, el coeficient de temperatura i la capacitat d’escalfament del material conductor.
• S és la secció del conductor en mm².

També s’ha de tenir en compte l’efecte de la temperatura ambient sobre la protecció tèrmica. Per tant, el calibre del magnetotèrmic pot quedar reduït pels efectes de la temperatura ambient. Els fabricants de magnetotèrmics ens faciliten les taules de decalatge del calibre en funció de la temperatura.

Exemple de selecció d’interruptor magnetotèrmic

Una xarxa representada pel dibuix adjunt. Cal escollir els interruptors automàtics apropiats. Tot dos magnetotèrmics han de protegir una línia que alimenta màquines elèctriques industrials. El sistema d’instal·lació és sobre safata horitzontal perforada. Els conductors tenen aïllament EPR (vegeu la figura).

Primer s’ha de saber que els magnetotèrmics per escollir han de ser de corba C, ja que hem de protegir una línia industrial. Escollim el calibre dels magnetotèrmics en funció del corrent de disseny de la línia:

• Magnetotèrmic 1 : Ib = 55A In= 63A
• Magnetotèrmic 2 : Ib = 160A In=160A

Pel conductor de 10 mm² tenim un corrent màxim admissible de 76 A, segons la taula 1 de l’ITC BT 19 de l’REBT, mètode d’instal·lació F, columna 10.

Pel conductor de 50 mm² tenim un corrent màxim admissible de 188 , segons la taula 1 de l’ITC BT 19 de l’REBT, mètode d’instal·lació F, columna 10.

• Magnetotèrmic 1 : 55A ≤ 63A ≤ 76A
• Magnetotèrmic 2 : 160A ≤ 160A ≤ 188A

El corrent que produeix la desconnexió segura del magnetotèrmic (If) ha de ser inferior al corrent màxim admissible del conductor o element per protegir, augmentat un 45%.

En el cas del magnetotèrmic 1 es pot observar en la figura que la desconnexió de forma segura del magnetotèrmic es produeix a partir d’1,45 vegades el corrent nominal per la corba tèrmica.

Per tant:

• Magnetotèrmic 1: 1,45·63 A ≤ 1,45·76 A

En el cas del magnetotèrmic 2, es pot observar que la desconnexió segura del magnetotèrmic es produeix a partir d’1,45 vegades el corrent nominal.

Per tant:

• Magnetotèrmic 2 : 1,45·160 A ≤ 1,45·188 A

Per comprovar el magnetotèrmic per corrent de curtcircuit s’ha de mirar a les taules que proporciona el fabricant (figura següent):

La secció del conductor és de 50 mm². Seguint la fila del 50 marcada en verd fins a la longitud de la línia d’11 m.

El corrent de curtcircuit aigües amunt és de 28 kA, escollim per excés el corrent de curtcircuit de 30 kA i seguim la fila del 30 fins als 19 kA, que coincideix amb la vertical dels 11 m.

Per tant, el corrent de curtcircuit és de 19 kA.

Mirant el catàleg dels magnetotèrmics escollits es pot comprovar que el corrent de curtcircuit és inferior al poder de tall.

• Magnetotèrmic 1: multi 9 NG125N calibre 63A (Poder de tall: 25 kA)
• Magnetotèrmic 2: Compact NS160N calibre 160A (Poder de tall: 36 kA)

La selectivitat entre interruptors magnetotèrmics és una característica que han de complir totes les proteccions que es troben en sèrie amb altres. Consisteix a assegurar la desconnexió del circuit en el qual ha aparegut una sobreintensitat i a assegurar que aquesta sobreintensitat no afecti proteccions més generals. Hi ha tres tipus de selectivitat entre interruptors magnetotèrmics.

• Selectivitat amperimètrica: s’aconsegueix quan el corrent que fa desconnectar el magnetotèrmic més pròxim al curtcircuit no afecta el corrent de desconnexió del magnetotèrmic aigües amunt. Això es pot aconseguir amb l’elecció dels magnetotèrmics amb corbes diferents o amb magnetotèrmics de la mateixa corba amb calibres diferents (selectivitat amperimètrica parcial).
• Selectivitat cronomètrica: s’aconsegueix escollint magnetotèrmics amb retard. Així, el temps de retard en magnetotèrmics regulables ha de ser superior a mida que ens anem allunyant del receptor.
• Selectivitat lògica: es tracta d’una selectivitat electrònica que només es pot aconseguir amb magnetotèrmics que es comuniquen entre ells. El magnetotèrmic més a prop del curtcircuit avisa el magnetotèrmic aigües amunt de la seva desconnexió perquè no actuï.

És molt important la protecció contra sobretensions en el sector industrial i terciari. Una sobretensió pot provocar grans pèrdues econòmiques o fins i tot accidents en les indústries. Per aquest motiu la protecció sempre és necessària. Hi ha dos tipus de sobretensions:

En alguns casos les xarxes elèctriques pateixen avaries que poden provocar la desconnexió del neutre. Això provoca la descompensació de les fases en un sistema trifàsic. La fase que tingui menys receptors connectats patirà una sobretensió de centenars de volts per sobre de la tensió nominal de la línia. Aquestes sobretensions també són provocades per una mala maniobra de reparació de la xarxa.

Són sobretensions produïdes principalment per caigudes de llamps en zones properes o també per maniobres elèctriques en la xarxa. Tenen una durada molt curta de temps i de potència en termes de kV. El reglament electrotècnic per a baixa tensió, instrucció tècnica complementària número 23, separa les sobretensions en quatre categories. Cada categoria suporta impulsos del tipus 1,2/50 de diferents nivells de tensions:

• Categoria I: s’aplica als equips molt sensibles a les sobretensions i que estan destinats a ser connectats a la instal·lació fixa; per exemple, ordinadors, equips electrònics, etc.
• Categoria II: s’aplica als equips destinats a connectar-se a una instal·lació elèctrica fixa; per exemple: electrodomèstics, eines portàtils i altres equips similars.
• Categoria III: s’aplica als equips destinats a connectar-se a una instal·lació elèctrica fixa i a altres equips per als quals es requereix un alt grau de fiabilitat; per exemple, quadres de distribució, aparellatge, motors amb instal·lació fixa, etc.
• Categoria IV: s’aplica als equips i materials que es connecten a l’origen o molt pròxims a l’origen de la instal·lació, aigües amunt del quadre de distribució.

Aquestes crestes de sobretensió evidentment creen una cresta de corrent, que és la que hem de derivar cap a terra. Hi ha dues crestes de corrent que són més conegudes, les ones característiques de corrent:

• Ona de corrent 10/350 μs: triga 10 μs a pujar el corrent transitori fins a un 90% del màxim i 350 μs a baixar. És una ona de molta durada i molt destructiva. És la ona que produeix un llamp en caure sobre una línia de BT.
• Ona de corrent 8/20 μs: triga 8 μs a pujar el corrent transitori fins a un 90% del màxim i 20 μs a baixar. És una cresta de corrent menys destructiva que l’anterior, atesa la seva curta durada.

Són elements que protegeixen les instal·lacions contra sobretensions. El protector contra sobretensions pot ser dels tipus següents:

• Protector contra sobretensions transitòries
• Protector contra sobretensions permanents
• Protector contra sobretensions combinat

El protector contra sobretensions transitòries protegeix contra la sobretensió produïda per la caiguda d’un llamp en la línia. Per tant, a l’entrada de l’edifici que s’ha de protegir s’ha d’instal·lar un element capaç de derivar grans corrents transitoris.

Quan l’element que protegeix contra sobretensions transitòries s’instal·la al començament de la instal·lació i és capaç de derivar corrents 10/350 μs, s’anomena de tipus 1. Aquests tipus de protectors no deriven tot el corrent, sinó que deixen un corrent transitori residual que continua per la línia. Per aquest motiu aquest tipus de protecció necessita el funcionament escalonat amb altres protectors contra sobretensions.

Quan l’element que protegeix contra sobretensions transitòries s’instal·la en el quadre de distribució i és capaç de derivar corrents 8/20 µs, s’anomena de tipus 2. Aquests tipus de protectors no deriven tot el corrent, sinó que deixen un corrent transitori residual que continua per la línia.

L’element que protegeix contra sobretensions transitòries s’instal·la al costat dels equips sensibles i és capaç de derivar corrents 8/20 μs, és de tipus 3, i no deixen un corrent transitori residual. Aquest tipus de protecció ha d’anar acompanyada d’una protecció de tipus 2.

Les pautes per protegir una instal·lació contra sobretensions es mostren en la figura.

Els protectors contra sobretensions permanents no deriven el corrent cap a terra, sinó que fan actuar un dispositiu de tall. És imprescindible desconnectar l’alimentació quan hi ha una sobretensió permanent. L’element de tall no ha de ser necessàriament un magnetotèrmic, també pot ser un diferencial.

En alguns casos interessa que hi hagi una reconnexió immediata i per això alguns tipus de protectors tenen la capacitat de reconnectar-se.

També hi ha protectors de sobretensions combinats, que protegeixen contra sobretensions transitòries i, al mateix temps, permanents. Aquests protectors s’instal·len just després d’un interruptor diferencial, i utilitzen aquest interruptor com a element de tall quan es deriva un corrent transitori cap a terra.