Alegerea întreruptoarelor automate pentru protecția instalației electrice în segmentul rezidențial. Întreruptoare automate curba C sau B?

Autori: Mihaela Gușă & Victor Donici- Schneider Electric România

Alegerea aparatajului de protecție pentru instalația electrică este o chestiune de mare responsabilitate și este, în general apanajul proiectanților de instalații electrice.

Consecințele alegerii unei protecții necorespunzătoare pentru instalația electrică pot fi sumarizate în două categorii:

• întreruperi intempestive în alimentarea circuitelor în condițiile unei protecții prea sensibile care declanșează chiar și în condiții nepericuloase – situație întâlnită cel mai adesea în cazul protecțiilor diferențiale necorespunzător alese, cu niveluri de protecție foarte scăzute, dar și în cazul unor supracurenți de scurtă durată ce pot apărea – de exemplu – la punerea sub tensiune a unor sarcini precum iluminat cu LED sau motoare
• creșterea riscului de incendiu ca urmare a neîndeplinirii condițiilor de declanșare a protecției, caz în care circuitul nu este întrerupt în cazul unor valori periculoase de curent

O instalație electrică, corect protejată este sigură în exploatare și asigură continuitate deplină a alimentării cu energie electrică.

Dar, care sunt principalele criterii de alegere a întreruptoarelor de protecție pentru instalația electrică aferentă proiectelor rezidențiale?

1.Standardul de produs după care se face alegerea aparatajului de protecție este SR EN 60898

2.Curentul nominal și polaritatea întreruptoarelor automate se aleg în funcție de tipul sarcinii și în conformitate cu Normativul I7/2011 de Proiectare, Execuție și Întreținere a instalațiilor electrice, și anume: pentru circuitele de iluminat – 10A, pentru prize – 16A; în funcție de curentul nominal al altor consumatori specifici pot exista circuite de prize de 25A sau 32A.

 3.Capacitatea de rupere a întreruptorului automat I_cn să fie superioară curentului de scurtcircuit maxim I_kmax – acesta este, în general, cel calculat spre sursă, adică la nivelul tabloului electric al locuinței

I _m<I_k1min

 4. Pragul magnetic Im de declanșare trebuie să fie inferior curentului de scurtcircuit minim Ik1min – acesta este, în general, cel calculat spre sarcină, adică la consumator.

 I_m>I_kmax

În functie de intervalul de declanșare, pentru întreruptoarele automate fixe (Miniature Circuit Breakers), standardul de produs SR EN 60898 stabilește clase de protecție și anume:

Clasa B: prag magnetic de declanșare (3÷5) x I_n

Clasa C: prag magnetic de declanșare (5÷10) x I_n

Prin urmare, calculul curentului de scurtcircuit la ambele capete ale circuitelor din locuințe – capătul dinspre tablou și cel dinpre sarcină – este esențial în alegerea întreruptoarelor automate din perspectiva curbei de declanșare. Acest calcul se poate realiza respectând regulile și utilizând Ecostruxure Power Design, un program de calcul pentru instalațiile electrice

Considerăm un scenariu, credem noi,  relevant, pentru proiectele rezidențiale.

Un ansamblu rezidențial alimentat dintr-un post de transformare de 630kVA, situat la cca 100m de clădire și care alimentează printr-un cablu de tip 4×240 + 120 mmp, cu izolație din PVC o firidă de branșament de unde pleacă alimentările către apartamente. Considerăm cazul cel mai defavorabil, cel al unui apartament situat la ultimul nivel al clădirii ce se alimentează printr-un cablu de tip 3×6 mmp cu o lungime de 50m, iar în interior, circuite de alimentare a consumatorilor de 20m atât pentru prize, cât și pentru iluminat, de secțiuni 3×2,5mmp, respectiv 3×1,5 mmp.

Curentul de scurtcircuit este invers proporțional cu impedanța buclei de defect în care componenta rezistivă are cea mai mare pondere; depinde, prin urmare de secțiunile și lungimile de cabluri, însă și de curentul de scurtcircuit de la sursa de alimentare, adică de la bornele transformatorului.

unde:

ρ  reprezintă rezistivitatea electrică a materialului din care este realizat conductorul

  l   reprezintă lungimea de conductor

 S  reprezintă secțiunea conductorului

Sn  reprezintă puterea aparentă a transformatorului

u_sc  reprezintă tensiunea de scurtcircuit a transformatorului (exprimată în procente)

Calculul curentului de scurtcircuit realizat cu programul de calcul Ecostruxure Power Design indică următoarele valori:
– Valoarea minimă a curentului de scurtcircuit,  I_scmin, la cea mai îndepărtată priză este de 210 A. Comparăm valoarea cu pragul maxim de declanșare magnetică pentru întreruptor
automat de 16 A, curba C: 10 x I_n =160 A și observăm că valoarea minimă a curentului de defect este mai mare decât pragul de declanșare al întreruptorului, ceea ce duce la o protecție adecvată a circuitului de prize.

– Valoarea minimă a curentului de scurtcircuit, I _scmin, la cel mai îndepărtat corp de iluminat este de 160 A. Comparăm valoarea cu pragul maxim de declanșare magnetică pentru întreruptor automat de 10 A, curba C:
10 x I_n = 100 A și observăm că valoarea minimă a curentului de defect este mai mare decât pragul de declanșare al întreruptorului, ceea ce duce la o protecție adecvată a circuitului de iluminat.
– Continuând calculele pentru coloana de alimentare a apartamentului, rezultă că valoarea minimă a curentului de scurtcircuit, I_min, pe bara tabloului de apartament este de 400 A. Comparăm valoarea cu pragul maxim de declanșare magnetică pentru un întreruptor automat considerat de 25 A, curba C: 10 x I_n = 250 A și observăm că valoarea minimă a curentului de defect este mai mare decât pragul de declanșare al întreruptorului, ceea ce duce la o protecție adecvată a coloanei de alimentare a apartamentului.

Modificăm condițiile inițiale pentru a vedea în ce situații protecția nu s-ar realiza corespunzător cu întreruptoarele automate curba C.

Astfel, mărim lungimea cablului de la firida de branșament la apartament de la 50 la 70 m și micșorăm secțiunea acestuia de la 6 la 4 mmp. Calculele indică următoarele:
– Valoarea minimă a curentului de scurtcircuit, I _scmin , la cea mai îndepărtată priză este de 140 A. Comparăm valoarea cu pragul maxim de declanșare magnetică pentru un întreruptor automat de 16 A, curba C: 10 x I _n= 160 A și observăm că valoarea minimă a curentului de defect este mai mică decât pragul de declanșare al întreruptorului, ceea ce duce la o protecție inadecvată a circuitului de prize. În situația de față se recomandă utilizarea unui întreruptor curba B, cu prag maxim de declanșare de 5 x I_n = 80 A.
– Valoarea minimă a curentului de scurtcircuit, I_sc min, la cel mai îndepărtat corp de iluminat este de 110 A.
Comparăm valoarea cu pragul maxim de declanșare magnetică pentru un întreruptor automat de 10 A, curba C: 10 x I_n = 100 A și observăm că valoarea minimă a curentului de defect este mai mare decât pragul de declanșare al întreruptorului, ceea ce duce la o protecție adecvată a circuitului de iluminat.
-Continuând calculele pentru coloana de alimentare a apartamentului, rezultă că valoarea minimă a curentului de scurtcircuit, Isc min, pe bara tabloului de apartament este de 200 A. Comparăm valoarea cu pragul maxim de declanșare magnetică pentru un întreruptor automat considerat de 25 A, curba C: 10 x I_n = 250 A și observăm că valoarea minimă a curentului de defect este mai mică decât pragul de declanșare al întreruptorului, ceea ce duce la o protecție inadecvată a coloanei de alimentare a apartamentului. În situația de față se recomandă utilizarea unui întreruptor automat curba B, cu prag maxim de declanșare de 5 x I_n = 80 A.

Prin urmare, protecția cu întreruptoare automate curba B este posibilă, însă, în marea majoritate a cazurilor, nu este singura opțiune: condiția de protecție a oamenilor și bunurilor este realizată dacă pragurile magnetice ale întreruptoarelor automate sunt inferioare curenților de scurtcircuit din punctele respective; iar acest lucru poate fi realizat, în general, deopotrivă de către întreruptoare curba B și C.
Pe de altă parte, consumatorii din locuințele noastre sunt extrem de diversificați, majoritatea au componente electronice incluse și pot absorbi la punerea sub tensiune curenți de valori ridicate dar care, fiind de scurtă și foarte scurtă durată, nu pun sub niciun risc instalația electrică sau siguranța oamenilor și a bunurilor. O protecție cu prag magneto-termic scăzut – de tip B – ar putea conduce însă în situația de declanșare pe suprasarcină, adică la întreruperea alimentării cu energie electrică.
Evitarea declanșărilor intempestive datorate caracteristicilor consumatorilor trebuie să fie un obiectiv la fel de important, iar pentru realizarea lui este posibil ca întreruptoarele curba B să nu fie întotdeauna o soluție acceptabilă.

De aceea, recomandarea privind utilizarea unuia sau a altuia dintre întreruptoarele automate trebuie făcută în deplină cunoștință a parametrilor electrici ai instalației electrice, a tipului de consumatori și chiar a caracteristicilor acestora.
Iată de ce, în contextul actual, din ce în ce mai mulți factori trebuie luați în considerare în vederea luării unor decizii, extrem de importante de altfel, din perspectiva asigurării protecției bunurilor și oamenilor și a continuității în alimentarea cu energie electrică.

În concluzie, necesitatea protejării instalațiilor electrice cu întreruptoare automate curba B este uneori necesară, însă, situațiile sunt destul de specifice și izolate, în majoritatea cazurilor, întreruptoarele automate curba C oferind o protecție adecvată.