Alegerea tipului de siguranta automata in tabloul electric in functie de impedanta buclei de defect

Alegerea tipului de siguranta automata (curba B, C sau D dar si valoarea sigurantei in A amperi) mi se pare un subiect interesant pentru ca pana sa il inteleg si eu, ca electrician incepator, mi se parea ca ceilalti colegi electricieni fac un fel de magie in a confirma sau nu tipul de siguranta. Practic acelasi tablou electric, in functie de tipul de sigurante si de impedanta buclei de defect masurate poate sa isi atinga scopul sau nu.

Prin atingerea scopului unui tablou electric eu inteleg in ordinea urmatoare:
1. protejarea persoanelor care sunt utilizatori ale circuitelor electrice in cat mai multe cazuri standard dar si accidentale. Nu degeaba in Italia aceste circuite se numesc „Salva vita” adica „salveaza viata”.

2. protejarea aparaturii conectate la circuit (fie televizor de 5000 EUR sau un banal aparat radio, un aspirator sau un pick-up de epoca sau ultima generatie de sistem de gaming sau frigider).

3. protejarea circuitului efectiv (cablurile acelea bine ingropate in pereti, podele si alte structuri care daca se intrerup accidental pot sa ia foc sau necesita cel putin o renovare serioasa a locuintei sau spatiului comercial/industrial).

Ca o consecinta directa, daca aceasta alegere a tipului de sigurante automate se face fara o fundamentare serioasa, putem utiliza sigurante automate de valori neconforme care, in momentul critic cand ar trebui sa declanseze la defect si sa intrerupa circuitul electric raman active. Iar acest lucru nu se intampla din cauza sigurantei sau disjunctorului automat, ca ar fi defect, ci tipul ei (curba de declansare si amperajul) sunt incorect alese in momentul verificarii parametrilor tabloului electric si al instalatiei electrice.

Dimensionarea corecta a sigurantelor automate (MCB) in functie de impedanța buclei de defect (Zs) este esentiala pentru ca deconectarea automata a alimentarii sa se faca suficient de rapid la un defect faza–PE, evitand tensiuni de atingere periculoase. Mai jos ai metoda pas cu pas, conform practicii uzuale și cerințelor din SR HD 60364.

Ca urmare, haideti sa intelegem in continuare mai bine relatia dintre impedanta buclei de defect (Zs) si tipul de curba al sigurantei automate care poate fi utilizat intr-un tablou electric.

Ce este impedanța buclei de defect (Zs)

Impedanța buclei de defect cuprinde urmatoarele elemente:

• conductorul de faza
• conductorul de protectie (PE)
• sursa de curent (transformator, retea)
• conexiunile dintre aceste elemente.

Impedanta buclei de defect se masoara cu un aparat special (vom vedea mai jos) sau se calculeaza.

Conditia fundamentala de siguranta

Pentru ca o siguranta automata sa declanseze suficient de repede este necesar ca urmatoarea relatie sa fie respectata:$$\boxed{Z_s \le \frac{U_0}{I_a}}$$unde:

• Zs = impedanta buclei de defect [Ω]
• U₀ = tensiunea fata de pamant (230 V in retelele TN)
• Ia = curentul care provoaca declansarea instantanee a sigurantei [A]

Determinarea curentului Ia (in functie de tipul sigurantei)

Pentru sigurante automate (MCB) avem urmatoarele valori ale curentului de declansare in functie de curentul Ia:

Caracteristica (curba de declansare)	Curent Ia ≈
B	5 × In
C	10 × In
D	20 × In

unde In este curentul nominal al sigurantei.

Astfel, in domeniul rezidential se utilizeaza sigurante cu o declansare mai rapida in caz de defect, in principal sigurante automate cu caracateristica sau curba de declansare B. In domeniul rezidential sunt, in general, putine agregate mari care ar putea sa atinga, la pornire sau in anumite etape de functionare de pana la 5 ori curentul nominal al sigurantei.

In domeniul industrial avem motoare si alte agregate mari care pot avea curenti de pornire mai mari. Dina cate motiv, pentru ca siguranta automata sa nu detecteze pornirea motorului sau a agregatului ca un defect si sa declanseze siguranta automata, se utilizeaza sigurante automate (MCB) cu curbe de declansare C sau D, declansand la de 10 sau chiar de 20 de ori curentul nominal de pornire.

Impedanta maxima admisa (Zs max)

Formula de calcul a impedantei maxime admise intr-un sistem TN unde avem 230 V tensiunea fata de pamant este astfe:

$$Z_{s\,max} = \frac{230}{k \times I_n}$$(unde k = 5, 10 sau 20 in functie de curba de declansare a sigurantei automate)

Exemple practice de calcul pentru diferite tipuri de sigurante automate (disjunctoare):

• B6 A → Zs ≤ 230 / (5×6) = 7,67 Ω
• B16 A → Zs ≤ 230 / (5×16) = 2,87 Ω
• B20 A → Zs ≤ 230 / (5×20) = 2,3 Ω
• C6 A → Zs ≤ 230 / (10×6) = 3,83 Ω
• C16 A → Zs ≤ 230 / (10×16) = 1,44 Ω
• C20 A → Zs ≤ 230 / (10×20) = 1,15 Ω
• D6 A → Zs ≤ 230 / (20×6) = 1,92 Ω
• D16 A → Zs ≤ 230 / (20×16) = 0,72 Ω
• D20 A → Zs ≤ 230 / (20×20) = 0,58 Ω

Ca o concluzie practica, daca impedanta masurata cu un aparat este mai mare decat valorile de mai sus calculate in diverse scenarii, siguranta NU declanseaza suficient de repede. Astfel apare riscul de a ne curenta intr-un circuit care nu este suficient de mult calibrat prin montarea sigurantelor automate corespunzatoare.

Curba de declansare (B, C, D) a sigurantelor automate se alege in functie de curentul de pornire al aparatelor, nu de puterea totala.
Curba B (3-5x, considerata lenta) este utilizata pentru sarcini rezistente (lumini, prize generale, electronice sensibile, calculatoare si iluminat casnic), dar in general pentru uz rezidential / casnic. Aceasta curba declanseaza rapid la curenti mici.
Curba C (5-10x) este utilizata pentru sarcini inductive (motoare, masini de spalat, aparate AC, compresoare, pompe de caldura). Dar poate fi aleasa atat pentru uz rezidential cat si industrial/comercial. Este o alegere buna pentru multe aplicatii casnice de dimensiuni mai mari dar si comerciale, oferind un echilibru intre protectie si functionare, prevenind declansarile false la pornire.
Curba D (10-20x) pentru echipamente industriale cu pornire foarte grea precum motoare trifazate industriale de mari dimensiuni, transformatoare mari, masini de sudura, alte agregate industriale etc. Deci utilizarea curbei D este in general in zona industriala sau comerciala.

Recomandare generala: pentru o casa obisnuita, se utilizeaza sigurante automate cu curba B pentru iluminat si prize generale care nu sunt prize de forta. Curba B se poate utiliza si pentru prizele de forta (masina de spalat, cuptor, aer conditionat) ca prima alegere. Daca curba B declanseaza prea repede in anumite prize de forta, datorita naturii circuitului sau a tipului de consumator utilizat, se poate inlocui siguranta automata curba B cu o siguranta echivalenta curba C (exemplu siguranta automata B16 A inlocuita cu o siguranta automata C16 A).

Recomandare generala: Pentru o casa obisnuita se utilizeaza curba B pentru iluminat si prize de forta (masina de spalat, cuptor, aer conditionat). Unde curba B nu este suficienta intr-un circuit rezidential se poate inlocui cu siguranta echivalenta curba C.

In zona industriala se poate porni la prizele de forta cu sigurante automate curba C, si se poate pune curba D doar in cazurile unde curba C declanseaza prea repede (lifturi, macarale, echipament industrial greu).

Timpul maxim de declansare (retele TN)

Timpul maxim de declansare al unei sigurante automate trebuie calculat in functie de tipul de circuit.

Astfel, in circuite finale cu valoare mai mica de 32 A timpul maxim de declansare trebuie sa fie sub 0,4 secunde. In circuitele de distributie acest timp creste la 5 secunde.

Consecinte practice ale impedantei buclei de defect

Daca intr-un tablou general al unei case rezidentiale impedanta buclei de defect (Zs) masurata este prea mare, curentul de defect nu va atinge o valoare suficienta pentru a declansa protectia (in cazul nostru siguranta automata sau disjunctorul) in timpul stabilit de normativ (de regula 0.4 secunde pentru circuitele finale de 230V), ceea ce creste riscul de electrocutare sau incendiu.

Dacă valoarea masurata a impedantei depaseste limita, cauzele pot fi:

• Conexiuni slabite: Contacte imperfecte la barele de nul sau pamantare in tabloul general sau la firida (FDCP).
• Lungimea cablului: O distanta prea mare intre transformator / firida si tabloul casei.
• Sectiune insuficienta: Conductoare prea subtiri pentru lungimea traseului respectiv.
• Priza de pamant: O rezistenta de dispersie a prizei de pamant (Re) neconforma (in sistemele TT).

Solutii pentru remediere in cazul valorii impedantei curbei de defect prea mari sunt:
1. scurtarea traseelor de cablu sau marirea sectiunii cablurilor.
2. daca punctul 1 nu se poate realiza masurile principale sunt urmatoarele:

2.1 Instalarea unui RCD (DDR): Dispozitivul de protectie la curent diferential rezidual este solutia standard atunci cand impedanta curbei de defect este prea mare, deoarece acesta declanseaza la curenti de defect foarte mici (ex. 30mA sau 300mA). Conform normativului I7 oricum este obligatorie protectia diferentiala, ceea ce presupune sigurante diferentiale tip RCBO de 10-30 mA sau protectii diferntiale RCCB de 30 mA montate inaintea sigurantelor automate standard.
2.2 Schimbarea curbei de declansare: inlocuirea unui disjunctor curba C cu unul curba B (care are un prag de declanșare magnetica mai jos, de la 5-10 ori curentul nominal la 3-5 ori curentul nominal). Aceasta operatiune se realizeaza destul de simplu prin inlocuirea sigurantei automate curba C cu una echivalenta curba B (ex. disjunctor C16 A cu disjunctor B16 A).
2.3 Refacerea conexiunilor: curatarea si strangerea tuturor bornelor din amonte este oricum masura recomandata periodic, la o verificare anuala a instalatiei electrice. Realizarea corespunzatoare poate corecta valoarea impedantei buclei de defect.

Cum se realizeaza masurarea valorii impedantei buclei de defect?

Impedanta buclei de defect (Zs) se măsoară cu un analizor specializat (tester PRAM) intre faza si impamantare la cel mai indepartat punct al circuitului. Aparatul aplica o sarcina, calculeaza caderea de tensiune (delta U / I) si verifica daca impedanta este suficient de mica pentru a declansa protectia la scurtcircuit (siguranta) in timp util.
Pasi principali pentru masurarea impedantei buclei de defect sunt:

1. Pregatire: Deconectati consumatorii mari din circuit.
2. Conectare: Conectati cele trei borne (faza, nul, impamantare) ale aparatului la priza sau tabloul electric.
3. Masurare: Selectati functia de masurare a impedantei buclei (Zlinie-PE) si porniti testul.
   Rezultat: valoarea obtinuta trebuie sa fie mai mica decat limita stabilita de normativul I7, garantand ca in caz de defect, curentul este suficient de mare pentru a declansa siguranta.
   Nota: Se recomanda repetarea masurarii pentru precizie, in special in puncte cu secțiuni mari de cablu.

Teoria ca teoria, dar practica ne da peste cap… cum masuram in practica?

Pentru retea TN-C-S (cel mai utilizat sistem in Romania pentru locuinte cu destinatie rezidentiala) cu disjunctoare B6 A (iluminat) si B16 A (prize), verificarea se face direct pe baza impedantei buclei de defect Zs. Mai jos am facut o verificare completa si am prezentat valorile-limita, conform SR HD 60364.

Date de baza: sistem TN-C-S

Tensiune fata de pamant: U₀ = 230 V

Protectie considerata: deconectare automata

Timp maxim admis conform normativ (circuite finale ≤ 32 A): 0,4 s

Caracteristica sigurante automate (curba): curba B → Ia = 5 × In

1️⃣ Calcul pentru circuit de iluminat protejat de siguranta automata B6 A

In = 6 A
Ia = 5 × 6 = 30 A
Impedanta maxima admisa:
Zs max=230/30=7,67 Ω

Din punct de vedere practic, orice valoare masurata a impedantei orice Zs ≤ 7 Ω este foarte sigura, chiar si trasee lungi de cablu fiind acceptabile

Sectiunea uzuala de cablu in cazul circuitelor pentru iluminat este de 1,5 mm² Cu.

2️⃣ Calcul pentru circuit de prize protejat de siguranta automata B16 A

In = 16 A
Ia = 5 × 16 = 80 A

Impedanta maxima admisa:
Zs max=230/80=2,87 Ω

Din punct de vedere practic, orice valoare masurata a impedantei orice Zs ≤ 2,8 Ω este sigura.

Sectiunea uzuala de cablu in cazul circuitelor pentru iluminat este de 2,5 mm² Cu.

Ca masura suplimentara prevazuta in normativul I7 este ca toate circuitele sa fie protejate si de protectii diferentiale. In cazul acesta ar fi un RCBO de 10 mA dedicat sau sau o protectie diferentiala RCCB de 30 mA.

3️⃣ Ce trebuie verificat efectiv pe teren

La masurarea impedantei buclei de defect cu aparat de bucla se masoara valoarea Zs la ultima priza/corp de iluminat, adica in cel mai indepartat punct al circuitului.

Aceasta valoare a impedantei se compara apoi cu valorile determinate anterior:

Daca Zs masurat ≤ 7,67 Ω → siguranta automata B6 A este OK

Daca Zs masurat ≤ 2,87 Ω → siguranta automata B16 A este OK

Totusi, deoarece in timp pot sa apara diferse modificari in valorile determinate la momentul masurarii impedantei buclei de defect, ca recomandare practica se aplica un coeficient de siguranta (de exemplu de ~0,8). Ca urmare:

pentru siguranta B6 A → se recomanda ca Zs sa fie mai mica de 6 Ω

pentru siguranta B16 A → se recomanda ca Zs sa fie mai mica de 2,3 Ω

Observații importante pentru sistemul TN-C-S

Foarte important este ca separarea PEN-ului in PE (impamantare) si Nul sa se faca inainte de protectia diferentiala (preferabil in FDCP). Acolo se face si legarea la priza de pamant a conductorului derivat de impamantare PE care are rol si de intarire a retelei prin legarile multiple realizate la toate FDCP-urile, stalpii de iluminat si posturile de transformare. Important este sa stim ca dupa separarea PEN-ului in PE si N nu mai trebuie sa realizam reunirea lor pe traseu.

Concluzie

In exemplu nostru toata instalatia trebuie protejata suplimentar prin protectie diferentiala. Cu toate acestea, un circuit de iluminat protejat cu o siguranta automata B6 A va fi foarte permisiv si nu ar trebui sa genereze probleme. Daca avem sigurante automate B16 A pentru circuite de prize acestea vor functiona corect pentru a proteja daca Zs masurata va fi mai mica de 2,3 Ω (considerand si un coeficient de siguranta de 0,8).