Treballs amb quadres elèctrics

El quadre elèctric és un component bàsic en el conjunt de la instal·lació elèctrica. L’elecció de les característiques que ha de tenir requereix una anàlisi molt detallada de les condicions de servei i de la fiabilitat que ha d’assegurar-se. Per a això, han de tenir-se en compte les importants sol·licitacions mecàniques i elèctriques que tenen lloc en un espai tan limitat.

Els aspectes que hem de considerar i que condicionen de manera determinant la definició geomètrica del quadre són diversos: ambientals, elèctrics, tèrmics i mecànics.

La norma UNE EN 60439-1 defineix les condicions normals de servei indicant valors ambientals límit dintre dels quals ha d’assegurar-se el correcte funcionament. Hem de prendre en consideració: la temperatura ambient, la humitat relativa, l’altitud sobre el nivell del mar, i el grau de contaminació.

La part de l’aparellatge destinada a assegurar la protecció de l’equipament elèctric contra les influències externes i de l’entorn, realitza també la funció primària de protecció de les persones contra contactes directes (REBT ITC BT-24).

Per indicar el grau de protecció de l’envoltant d’un dispositiu es fa servir l’índex IP (Ingress Protection). Els graus de protecció IP són una codificació establerta per la norma IEC 60529, que serveix per indicar el nivell de protecció que ofereix una envoltant, com és el cas d’un quadre elèctric, davant la penetració de cossos sòlids i de líquids. Aquesta classificació és essencial a l’hora d’escollir un quadre, ja que permet garantir la seguretat dels equips i de les persones en funció de l’entorn d’instal·lació (interior, exterior, zones amb pols, amb humitat, etc.).

El codi IP està format per dues xifres:

• La primera xifra indica la protecció contra cossos sòlids i pols
• La segona xifra indica la protecció contra l’aigua i la humitat

El significat de la primera xifra és assegurar la protecció de les persones. Durant el funcionament pot ser important controlar el valor de la magnitud elèctrica en joc (tensió, corrent) o realitzar el comandament manual d’un determinat aparell o dispositiu sense córrer el risc de tocar components en tensió. Vegeu els diferents nivells a la taula.

El grau de protecció que la norma UNE 20324 descriu per assegurar la protecció de les persones contra els contactes directes és similar a IP2X. La primera xifra es refereix a la protecció contra la penetració de cossos estranys i contra l’accés per part de la persona a les parts actives contingudes a l’envoltant. Observeu que cadascun dels nivells inclou tots els anteriors (per exemple, IP4X, amb protecció contra cossos d’1 mm o més, implica protecció de grau IP3X, IP2X, etc.).

La segona xifra es refereix a la protecció contra l’entrada de líquids. Vegeu els diferents nivells a la taula.

En aquest cas, els graus fins al 6 inclouen tots els anteriors, mentre que del 7 en endavant no necessàriament serà així a no ser que el fabricant ho garanteixi.

Si l’armari estigués instal·lat a l’exterior, el grau mínim de protecció requerit seria de 3 (IPX3).

Per a armaris instal·lats en interiors però sotmesos a variacions importants de temperatura (provocant condensació d’aigua…) la segona xifra no ha de ser inferior a 1 (IPX1).

En totes les instal·lacions previstes a cobert, que ja estan protegides de l’exterior gràcies a la construcció normal (parets, sostres…) és suficient, respectant la norma, un grau de protecció IP X0.

Vegeu ara una taula resum que mostra la protecció creixent dels diferents graus IP existents, a la taula.

Concretant en el cas dels quadres elèctrics, els graus IP de proteccció més habituals són:

• IP20: Adequat per a quadres d’interior en ambients nets i secs; protegeix contra el contacte amb dits però no contra l’aigua.
• IP44: Recomanat per a llocs on hi pugui haver esquitxades o pols moderada, com garatges o espais semioberts.
• IP55: Habitual en entorns industrials, amb bona resistència a la pols i raigs d’aigua.
• IP65: Molt utilitzat en exteriors, ja que és totalment estanc a la pols i resistent a raigs d’aigua.
• IP67: Adequat per a instal·lacions sotmeses a immersions puntuals o condicions d’humitat extrema.

Resumint, i com a exemple, els quadres de distribució utilitzats en centres residencials, escoles, biblioteques, sales de reunió o centres comercials, requereixen un nivell de protecció mínim IP20. L’elecció del grau de protecció IP per a un quadre elèctric depèn directament de l’ambient on s’instal·larà i de les condicions de servei. Escollir un grau insuficient pot posar en risc la seguretat i la durabilitat de la instal·lació, mentre que un grau excessiu pot encareir-la innecessàriament. La clau és trobar l’equilibri òptim entre protecció, cost i fiabilitat.

El grau de protecció IK es refereix a la protecció contra cops o xocs que es poguessin efectuar sobre l’envoltant; no és habitual que parlant de quadre elèctrics es faci ús d’aquest grau de protecció, excepte en casos molt específics.

Podem observar la taula, que identifica els graus de protecció IK d’un envoltant o encapsulat de material elèctric.

L’esquema elèctric de la instal·lació és determinant en l’elecció de l’armari pel que fa a les dimensions. Limitant-nos estrictament al criteri dimensional, l’espai (dimensions de l’armari) a preveure, que ha de contenir l’embolcallat, es pot deduir molt fàcilment a partir de l’àmplia oferta disponible en el mercat i de les dimensions de l’aparellat, modular i no modular, que ha de contenir l’embolcallat.

Altres aspectes que poden determinar l’estructura de l’armari són els següents:

• L’entrada de l’alimentació (per la part superior o inferior, mitjançant cables o platines).
• Els espais suficients per assegurar la facilitat d’inspecció, verificació i manteniment.

L’elecció completa de l’armari contempla òbviament les característiques elèctriques relatives a la secció de la instal·lació en la qual s’instal·larà.

Uns valors característics que poden servir com exemple d’una instal·lació són els següents:

• Tensió nominal d’aïllament: 1.000 V
• Corrent nominal màxima d’ocupació: 3.200 A
• Corrent de curtcircuit: 70 CA, 1 s
• Corrent de cresta: 154 CA

L’armari ha de ser adequat per plantar cara a les sol·licitacions mecàniques producte del corrent de curtcircuit.

Prenent com a exemple una xapa d’un gruix de 2 mm, aquesta assegura les prestacions elèctriques fins als valors màxims d’un quadre elèctric estàndard. També els elements d’unió de les peces estan a l’altura de la situació, les unions de les peces i de les cel·les asseguren la perpendicularitat de les cel·les així com la rigidesa mecànica.

Si prenem com a exemple que utilitzem el fons com estructura base, sobre aquest aniran incorporats els muntants de fixació dels jocs d’equipament així com els blocs de fixació de la resta de l’estructura externa: laterals i tapes (superior i inferior) o sòcol.

Per començar la comprovació d’un quadre elèctric comprovarem totes les connexions sobre tots i cadascun dels elements del quadre i ajustarem els aparells de protecció existents; després començarem a realitzar la verificació per l’ordre següent:

1. Prova del circuit de comandament. Farem aquesta prova amb el circuit de potència desconnectat, és a dir sense càrrega. Els elements de comandament com actuadors, sensors, etc., se simularan mitjançant l’obertura o tancament d’un contacte (un cable que uneixi els borns corresponents). Si les proves resulten vàlides, passaríem a la comprovació del circuit de potència.
2. Prova del circuit de potència. Farem aquesta prova sense tensió, per la qual cosa caldrà desconnectar el circuit de potència de l’alimentació. Utilitzem un mesurador de continuïtat per comprovar cadascun dels dispositius (contactors, relés, temporitzadors, etc.) que anirem accionant manualment per verificar-ne el bon funcionament.
3. Prova del circuit de protecció. Consisteix a comprovar cadascun dels elements de protecció que hi ha al quadre. Verificarem els diferencials amb la tecla de test que disposen, comprovarem els magnetotèrmics revisant el calibre i la corba de tir de cadascun d’ells, per corroborar que els hem triat apropiadament i revisarem els fusibles per verificar-ne el calibre i la classe de servei. Quant al conductor de protecció (presa de terra), en comprovarem la continuïtat en tots els elements metàl·lics del quadre, així com a la porta d’aquest, si és que l’armari en disposa.

Una vegada comprovats tots i cadascuns dels punts anteriors, procedirem a la verificació final del quadre, aquesta vegada amb tensió, i simulant el funcionament de tots els elements del quadre.

Un cop concloses aquestes proves donarem per acabada la comprovació i verificació del quadre i passarem a l’engegada de la instal·lació.

A banda de les tasques associades a la instal·lació i comprovació dels quadres elèctrics, el moment crucial de la seva vida funcional serà l’engegada, i no menys important serà el manteniment posterior.

A més, serà molt convenient vigilar que el comportament tèrmic dels diferents dispositius no pugui provocar cap problema de funcionament.

Un cop feta la comprovació i verificació del quadre, cal engegar-lo en el lloc d’emplaçament, seguint els passos que se citen a continuació:

1. Col·locar i fixar l’equip en el lloc d’emplaçament.
2. Alimentar el quadre amb els cables i connectors elèctrics adequats.
3. Comprovar les connexions d’alimentació dels receptors.
4. Verificar la prova en buit del circuit de comandament.
5. Verificar la prova en càrrega del circuit de potència.

Un cop hem arribat a aquest punt donem per acabada l’engegada del quadre, controlarem el bon funcionament de la instal·lació a través de les tasques de manteniment.

Per portar a terme el manteniment del quadre, hem de confeccionar una plantilla o llibre de manteniment en el qual figuri la data en què vam fer el manteniment i les parts específiques de cada element a verificar, com són, contactors, relés tèrmics, temporitzadors, elements auxiliars de comandament, aparells de mesura, etc.

Resulta fonamental una bona neteja, comprovar la temperatura interna que arriba a l’armari a ple rendiment, vigilar que tingui bona ventilació i que tots els filtres estiguin nets, comprovar que tots els terminals de components i elements estiguin bé atapeïts i recordar que tots els components deurien estar identificats i marcats en el quadre elèctric així com els cables que els interconnecten.

L’aparició de nous elements i dispositius basats en l’electrònica de potència fan de la gestió de la temperatura una necessitat que cal tenir en consideració, cada vegada amb més freqüència, per a la concepció dels quadres elèctrics.

El temps de vida dels components, en funció de les condicions de temperatura i d’humitat a l’armari, fa que els valors ideals siguin de 10 a 40 ºC per a la temperatura i de 30% a 90% per al d’humitat relativa (HR).

Hi ha diferents solucions per eliminar els problemes de temperatura en els quadres elèctrics, de les quals podem destacar les següents:

• Dispositius de ventilació forçada i natural.
• Grups de climatització.
• Intercanviadors aire-aigua / aire-aire.
• Resistències calefactores.
• Dispositius de control: termòstat, higròmetre, higròstat.