U6 Instal·lacions elèctriques

1. Instal·lacions elèctriques domèstiques

La instal·lació elèctrica té la funció de subministrar energia elèctrica a l’habitatge, tot garantint la seguretat de les persones i el bon funcionament dels aparells i de la mateixa instal·lació. Alhora, però, si la instal·lació no reuneix les condicions adequades, hi ha el perill que es produeixin incendis i electrocucions.

L’ús generalitzat de l’electricitat i l’exigència d’unes instal·lacions segures i fiables va motivar que l’Administració elaborés el Reglament electrotècnic de baixa tensió (REBT).

La instal·lació elèctrica d’un habitatge està formada per diferents circuits independents, de manera que si es produeix una avaria (sobrecàrrega o curtcircuit) en un circuit, els altres continuen funcionant, cosa que també facilita la localització de l’avaria. Com ja saps, un circuit és el conjunt d’elements (conductors, endolls, interruptors, etc) destinats a portar el corrent elèctric a diferents receptors (làmpades, rentadores, frigorífics, etc.).

L’actual REBT, vigent des de setembre de 2003, determina dos nivells o graus d’electrificació per als habitatges:

• Electrificació bàsica. disposa d’un mínim de cinc circuits, per a la utilització dels aparells d’ús comú (enllumenat, frigorífic, rentadora, rentavaixelles, termo, cuina i forn elèctric). Permet el funcionament simultani d’una potència total no inferior 5 750 W a 230 V.

• Electrificació elevada. disposa de més de cinc circuits que permeten el funcionament simultani d’una potència total no inferior a 9 200 W a 230 V.

Seran d’electrificació elevada els habitatges de més de 160 m2 de superfície útil, i els que disposin de sistema de calefacció elèctric o de condicionament d’aire. La potència a contractar per l’usuari dependrà de la utilització que en faci de la instal·lació elèctrica.

La instal·lació elèctrica d’un edifici d’habitatges està formada per la instal·lació d’enllaç i per la instal·lació interior de cada habitatge, i també per la instal·lació elèctrica dels elements comuns de l’edifici (llum de l’escala, ascensor, etc.).

1.1. La instal·lació d'enllaç

La instal·lació d’enllaç uneix la xarxa de distribució pública amb la instal·lació interior de cada habitatge. Es compon dels següents elements:

• L’escomesa o connexió general. És la part de la instal·lació compresa entre la xarxa de distribució i la caixa general de protecció.

• La caixa general de protecció. És la caixa que conté els fusibles destinats a protegir la línia general d’alimentació. Es col·loca a l’exterior de l’edifici.

• La línia general d’alimentació. Uneix la caixa general de protecció amb la centralització de comptadors.

• La centralització de comptadors. És el conjunt de comptadors i els elements de protecció i connexió de les derivacions individuals.

1.2. La instal·lació interior

La instal·lació interior d’un habitatge està formada pel quadre de comandament i protecció, els circuits d’alimentació dels receptors, el circuit de connexió a terra i els receptors.

1.2.1. Quadre de comandament i protecció

És el conjunt d’elements destinats a la seguretat, la protecció i el control de la instal·lació interior. Es col·loca a l’origen de la instal·lació, tan a prop de l’entrada de l’habitatge com sigui possible, dins d’una caixa de protecció generalment encastada a la paret.

RECURS: Instal·lació elèctrica a l'habitatge

1.3. Secció dels conductors

Els conductors, comercialment, s’identifiquen per la secció en mm2 que el material conductor ofereix al pas del corrent, i que s’anomena secció del conductor. Les seccions de conductors normalitzades en el Reglament Electrotècnic per a Baixa Tensió (REBT) són de 0,5; 0,75; 1; 1,5; 2,5; 4; 6; 10; 16; 25; 35; 50; 70; 95; 120; 150, fins a arribar als 800 i 1000 mm2.

Aquestes seccions estan plenament justificades, perquè cada instal·lació necessita valors d’intensitat diferents, i perquè a causa de la resistència s’escalfa: a més intensitat del corrent que hi circula, més s’escalfa la instal·lació. Per tant, si no dimensionem correctament els conductors, es poden deteriorar i fins i tot poden arribar a malmetre el circuit.

La resistència elèctrica, R, d’un conductor metàl·lic homogeni i de secció constant, que és el cas que ens ocupa, és directament proporcional a

la seva longitud, inversament proporcional a la seva secció, i depèn de la seva resistivitat, com vam veure al tema 2.

La cdt (e) produïda en un conductor és directament proporcional a la seva resistència i a la intensitat que hi circula.

Aquesta cdt provoca una pèrdua en la transferència d’energia que es manifesta en un augment de la potència dissipada i el consegüent escalfament del conductor.

En les instal·lacions elèctriques industrials i d’habitatges, els conductors que alimenten els receptors s’anomenen línies elèctriques. En aquestes instal·lacions els receptors estan allunyats de l’origen de la línia, de manera que per determinar la secció dels conductors s’ha de tenir en compte la cdt de la línia. El REBT especifica la cdt màxima permesa en:

• Línies per alimentació de receptors d’enllumenat: un 3% de la tensió a l’origen de lainstal·lació.

• Línies per a altres usos, com ara motors, forns i força motriu en general: un 5%.

Exemple:

Si coneixem la intensitat que ha de passar per la línia, la cdt permesa, el tipus de conductor i la seva llargada, operarem de la manera següent:

Exemple:

2. Instal·lacions elèctriques industrials

Les instal·lacions industrials requereixen uns dispositius de protecció i comandament especials. Així cada instal·lació elèctrica industrial, i fins i tot, cada màquina, disposa d'un quadre elèctric similar al quadre de protecció de l'habitatge, però amb elements característics que ara definirem.

2.1. Elements de protecció.

A l'apartat anterior vam veure el fusible, l'interruptor diferencial i els interruptors PIA i ICPM, com a elements de protecció de l'habitatge i de les persones. A més d'aquests elements, per protegir els circuits industrials disposem dels relés tèrmics.

El relé tèrmic protegeix el circuit de sobrecàrregues i les detecta per mitjà d’un dispositiu tèrmic. No té capacitat de desconnexió del circuit i actua associat amb un dispositiu que obre el circuit, com ara un interruptor o un contactor.

L’element detector d’un relé tèrmic és una làmina bimetàl·lica, que, en escalfar-se, li provoca un corbament en el sentit del metall amb menys coeficient de dilatació. Si sobrepassa un valor determinat, acciona el mecanisme d’obertura del dispositiu de desconnexió associat. L’escalfament és directe si el corrent del circuit hi circula a través, i indirecte si circula a través d’una resistència calefactora.

Una variant: el relé tèrmic diferencial és especialment indicat per protegir els motors trifàsics, ja que, a més de detectar les sobrecàrregues, ofereix una protecció eficaç si falla una de les fases d’alimentació del motor; si funcionés en aquestes condicions (marxa en monofàsic) li provocaria un sobreescalfament que en destruiria els bobinatges en pocs segons.

2.2 Dispositius de maniobra de màquines

Els circuits de maniobra són constituïts pel circuit de potència i el circuit de comandament o control.

• El circuit de potència és l’encarregat de connectar i desconnectar la màquina o el receptor a partir de l’acció efectuada pel circuit de comandament o control. El dispositiu més utilitzat és el contactor.

• El circuit de comandament o control governa el circuit de potència. Els dispositius bàsics de qualsevol circuit de comandament són els relés de comandament, els temporitzadors i els elements auxiliars de control.

2.2.1. El contactor

El contactor és un dispositiu que es pot accionar a distància i des de diferents punts, capaç d’obrir i tancar el circuit de potència d’una màquina o d’un receptor.

El contactor té dues posicions de funcionament: en la posició estable o de repòs manté el circuit obert, i en la posició inestable o de treball el circuit està tancat a causa de l’acció que hi exerceix el circuit de control.

En funció de l’accionament, els contactors poden ser electromagnètics, pneumàtics i hidràulics. En els circuits de baixa tensió s’utilitzen els contactors electromagnètics per la seva sensibilitat, consistència mecànica i fiabilitat. Les parts més característiques d’un contactor electromagnètic són l’electroimant, els pols i els contactes auxiliars.

2.3. Circuits de comandament de motors

En aquest apartat estudiarem les tècniques que permeten relacionar els elements que formen part d’un automatisme elèctric, amb la finalitat d’aconseguir l’esquema del cablatge o el programa que marcarà la seqüència d’actuació de la màquina o del procés industrial.

Els automatismes elèctrics es representen amb dos esquemes clarament diferenciats:

• • L’esquema de potència representa el subministrament d’energia a la màquina o al procés.

  • L’esquema de comandament o control representa el circuit que governa la part de potència.

2.3.1. Simbologia, signes d’identificació i marcatge de borns

Els esquemes elèctrics utilitzen símbols normalitzats perquè els puguin interpretar tots els professionals que els han d’utilitzar. Les normes UNE 20-004 estableixen els símbols que representen les màquines, aparells i elements que intervenen en les instal·lacions elèctriques.

Els signes d’identificació serveixen per identificar un element en un esquema, en una

llista, en un diagrama i sobre l’equip. Fem servir un conjunt de lletra, nombre i lletra per la designació:

– Classe d’aparell. S’indica amb una sola lletra majúscula i és representativa de tota

una família d’elements. Per exemple, S pels polsadors, K pels contactors, F pels elements de protecció, M pels motors i H pels elements senyalitzadors (llums, so

– Número d’aparell. Distingeix els elements designats amb la mateixa lletra. A cada

element li és assignat un número, començant per l’1.

– Funció de l’aparell o element. Aquest camp ens matisa la funció de l’aparell. Igual

que en els tipus d’aparells, una lletra majúscula ens n’indica el significat. Per exemple A per designar funció auxiliar, M funció principal, T funció temporitzadora, H funció de senyalitzadora, F funció de protecció , Q funció d'estat de marxa, aturada i limitació.

2.3.2. Arrencada directa d’un motor mitjançant contactor o disjuntor

Podem governar un motor amb un contactor. Quan accionem el polsador S1A (NO), el contactor K1M s’acciona i el motor arrenca. Quan deixem de polsar S1A, el contactor continua en marxa gràcies al contacte de realimentació (13-14) del K1M i, perquè el motor s’aturi, haurem de polsar S0A (NT). El relé tèrmic F2F, amb el seu contacte (95-96), protegeix el motor de sobrecàrregues. El protector disjuntor o guardamotor és un aparell tripolar de comandament i protecció del motor i de la seva línia d’alimentació. S’acciona de forma manual i disposa d’una protecció tèrmica diferencial contra sobrecàrregues i fallada de fase, i una altra de magnètica contra curtcircuits. Amb el disjuntor podem:

• • Seleccionar el marge de regulació d’intensitats en funció de la nominal del motor.

  • Instal·lar un disparador de mínima tensió, que impedeixi la posada en funcionament després d’interrompre l’alimentació.

  • Detectar la manca d’una fase i desconnectar el motor.

  • Muntar un disparador per emissió de tensió per disparar a distància el disjuntor.

  • Afegir contactes auxiliars per enclavar un aparell o indicar-ne l’estat amb senyalitzacions a distància.

2.3.3. Inversor de gir

Moltes vegades és necessari invertir el sentit de gir dels motors, com en el cas d’un ascensor. La tècnica que s’aplica és molt senzilla, tan sols cal invertir dues de les fases que l’alimenten.

Es representen per separat el circuit de potència i el de control o comandament. L’esquema que presentem a continuació disposa de tres polsadors: un serveix per aturar el motor i els altres dos, per seleccionar el sentit de gir.

• • Esquema de potència: En aquest esquema es poden observar els fusibles, els contactors que inverteixen l’ordre de les fases i el relé tèrmic. Els fusibles protegeixen el motor de curtcircuits, i el relé tèrmic, contra sobrecàrregues. És de compliment obligat en aquest muntatge evitar la connexió simultània dels dos contactors K1M i K2M, ja que en aquesta situació s’uneixen directament dues fases i es produeix un curtcircuit.

  • Esquema de control: Hem de dir que aquesta no és l’única possibilitat de disseny. Observem que, quan K1M està activat, s’obren els contactes (61-62) que hi ha abans de K2M i impedeixen que aquest pugui entrar, ja que en aquest cas es produiria un curtcircuit. El mateix passa amb K2M. Se’n pot millorar el disseny amb alguna mesura que eviti que puguin entrar al mateix temps K1M i K2M en cas que, accidentalment, es premin alhora S1B i S2B.

2.3.4. Circuits temporitzats

Els circuits temporitzats, normalment, formen part de sistemes més complexos, però tots sols serveixen per fer molts automatismes. Seguidament, analitzarem un cas en el qual s’utilitza un temporitzador a la desconnexió, amb el sistema de ventilació d’un aparcament.

Una turbina d’extracció de gasos es posa en funcionament cada vegada que alguna persona o vehicle entra a l’aparcament. Quan s’acaba l’activitat a l’aparcament, la turbina continua funcionant durant un cert temps per assegurar l’extracció total dels fums i dels gasos.

En connectar l’interruptor S1Q, un detector de moviment S2K vigila l’activitat a l’interior de l’aparcament. Quan detecta moviment, dóna tensió al temporitzador K1T que, mitjançant el seu contacte K1T, activa el contactor K1M, que activa el motor M1M de la turbina.

Quan no hi ha activitat a l’aparcament, el detector deixa de donar tensió al temporitzador, però el seu contacte K1T no es desactiva fins al cap d’un temps, i així assegura una bona extracció de fums. Es tracta, doncs, d’un temporitzador a la desconnexió.

2.4. Circuits electropneumàtics

Hem vist que en els circuits pneumàtics l’accionament, tant del circuit de potència com del de maniobra, es fa mitjançant l’aire comprimit. Quan el control s’ha de fer des de grans distàncies o hi ha molts senyals per controlar és preferible fer-ne el control elèctric. D’aquesta manera, quan la potència és pneumàtica i el control elèctric, es constitueix un sistema electropneumàtic.

En instal·lacions electropneumàtiques els senyals elèctrics presents en la part de control s’han de transformar en accions pneumàtiques a la zona de treball. Les electrovàlvules s’encarreguen de dur a terme aquesta tasca. Són elements actuadors amb les mateixes funcions que les vàlvules de vies pneumàtiques. Normalment tenen una tensió d’alimentació de 24 V en CC. Veurem un parell d'exemples:

2.4.1. Circuit electropneumàtic d'una màquina d’estampar

La pressió de l’aire comprimit ens proporciona l’energia per activar el cilindre. Aquest aplica la seva força a la palanca que mou la premsa per estampar.

• Circuit de potència (circuit pneumàtic): Hi ha representat el cilindre de simple efecte (A), un regulador de flux unidireccional (B) per regular la velocitat d’avanç de la tija, una electrovàlvula monoestable (Y1) tancada en repòs i una vàlvula de pas accionada manualment i amb enclavament mecànic (C) que fa les funcions de connexió-desconnexió de tot el circuit pneumàtic.

• Circuit de control (circuit elèctric): S’hi representen el polsador de marxa (S1), dos relés (K1 i K2), un detector fi nal de cursa (A1) i la bobina de l’electrovàlvula (Y1).

En prémer el polsador S1 s’activa el relé K1. Un dels seus contactes realimenta la bobina i quan deixem de polsar continua funcionant, l’altre acciona l’electrovàlvula. La tija del cilindre avança lentament i, quan la matriu ha estampat la peça, el detector mecànic de final de cursa proporciona un senyal que activa el relé K2. Aquest obre el seu contacte auxiliar i talla l’alimentació al relé K1; en conseqüència, l’electrovàlvula es desactiva, la tija recupera ràpidament la posició inicial i el sistema queda aturat en disposició de ser activat un altre cop.

2.4.2. Sistema de transport de peces

Aquest mecanisme transporta peces des d’un nivell inferior fins a un nivell superior. Els dos cilindres utilitzats duen a terme aquesta funció: un puja la peça i l’altre la desplaça horitzontalment. El cicle de treball és: A+, B+, A–, B–.

• En l’esquema pneumàtic hi ha representats dos cilindres de doble efecte A i B (1.0 i 2.0), que porten incorporats cada un un detector magnètic de posició (a1 i b1), un regulador de flux unidireccional (1.01 i 2.02) per regular la velocitat de sortida de les tiges dels dos cilindres A i B, una electrovàlvula distribuïdora 5/2 (1.1 i 2.1), biestable i monoestable, respectivament, i el grup de condicionament de l’aire.

• En l’esquema elèctric del circuit, s’hi representen el polsador de marxa S1, els detectors magnètics a1 i b1, el final de cursa Fc1, el relé K1 i les bobines de les electrovàlvules distribuïdores 5/2: Y1, Y2 de la biestable i Y3 de la monoestable.

El cicle de treball s’inicia en col·locar la peça sobre la plataforma del cilindre A, i en prémer el polsador S1 es connecta la bobina Y1 de l’electrovàlvula biestable (1.1), que fa sortir la tija del cilindre A, que desplaça la peça fins al nivell superior.

El final del recorregut de A és detectat per a1. Aquest detector alimenta la bobina del relé K1, un dels seus contactes no el realimenta i un altre dóna corrent a la bobina Y3 de l’electrovàlvula monoestable (2.1), que fa avançar la tija del cilindre B, la qual empeny i desplaça la peça horitzontalment.

Al final del recorregut, el detector magnètic b1 acciona l’electrovàlvula que fa retrocedir A. Quan A arriba a la posició de repòs, acciona el Fc1, que desactiva la bobina de K1 i, en conseqüència, talla l’alimentació de la bobina Y3, la qual cosa provoca que B retorni a la posició inicial i que s’acabi el cicle. Ara ja es pot tornar a començar un altre cicle de treball.