Electricidad industrial
Cómo seleccionar las protecciones de un cuadro eléctrico industrial
Un cuadro industrial debe limitar las consecuencias de sobrecargas, cortocircuitos, defectos a tierra, sobretensiones y otras condiciones anómalas. No existe una protección universal: cada circuito requiere conocer la fuente, los conductores, la carga, la corriente de defecto y la continuidad de servicio esperada.
Respuesta técnica
La selección comienza calculando la corriente de diseño y la corriente de cortocircuito prevista en cada punto. Después se eligen conductores y dispositivos cuya corriente asignada, poder de corte, curva, energía pasante y coordinación sean compatibles con la carga y la instalación. Los circuitos de motores, electrónica, control de 24 VDC y servicios auxiliares necesitan criterios diferentes. El calibre por sí solo no demuestra que una protección sea correcta.
Riesgos que deben tratarse
| Condición | Efecto posible | Respuesta de diseño |
|---|---|---|
| Sobrecarga | Calentamiento sostenido | Protección térmica coordinada con conductor y carga |
| Cortocircuito | Corriente y energía muy elevadas | Dispositivo con poder de corte suficiente |
| Defecto a tierra | Tensión de contacto e incendio | Puesta a tierra, desconexión y protección según el sistema |
| Sobretensión transitoria | Daño de electrónica | Coordinación de protección contra sobretensiones |
| Pérdida de fase | Sobrecalentamiento o funcionamiento anómalo | Protección o supervisión apropiada |
| Caída o retorno de tensión | Rearranque inesperado | Diseño del mando y comportamiento seguro |
| Temperatura excesiva | Reducción de capacidad y vida | Cálculo térmico, ventilación y reducción de corriente |
Punto de partida: esquema y datos de la red
Antes de seleccionar aparatos se necesita un esquema unifilar y, como mínimo:
La corriente de cortocircuito no se obtiene a partir de la corriente nominal del cuadro. Depende de la fuente, transformadores, red y conductores.
- Tensión, frecuencia y sistema de puesta a tierra.
- Corriente de cortocircuito prevista en la entrada y aguas abajo.
- Sección, material, aislamiento, longitud y método de instalación de conductores.
- Corriente y naturaleza de cada carga.
- Corrientes de arranque y ciclos de trabajo.
- Temperatura, altitud, agrupamiento y ventilación.
- Requisitos de desconexión, seccionamiento y bloqueo.
- Necesidad de selectividad, respaldo o continuidad.
Interruptor automático o fusible
Ambos pueden proteger frente a sobrecorriente cuando se seleccionan correctamente. El interruptor automático permite rearme y puede ofrecer ajustes y señalización. El fusible es sencillo y limitador en muchas aplicaciones, pero debe reemplazarse tras actuar.
La elección considera:
El poder de corte debe ser igual o superior a la corriente de cortocircuito prevista en el punto, salvo una asociación de respaldo formalmente validada por el fabricante y permitida por el diseño aplicable.
- Tensión y corriente asignadas.
- Poder de corte a la tensión de servicio.
- Curva tiempo-corriente.
- Energía pasante e intensidad de pico limitada.
- Categoría y norma del producto.
- Selectividad y coordinación con dispositivos aguas arriba y abajo.
- Capacidad de seccionamiento cuando sea necesaria.
- Número de polos y tratamiento del neutro.
Protección de conductores
La protección debe evitar que el conductor supere su límite térmico en servicio normal y durante un defecto. La intensidad admisible depende de sección, material, aislamiento, temperatura, agrupamiento y método de instalación.
No es correcto aumentar el calibre del interruptor para evitar disparos sin comprobar primero el conductor y la causa. Tampoco basta con que el cable soporte la corriente permanente: la energía de cortocircuito debe ser compatible con su capacidad térmica.
Circuitos de motor
Un motor puede consumir varias veces su corriente nominal durante el arranque. La protección debe permitir el arranque previsto sin renunciar a la actuación ante cortocircuito o sobrecarga.
Un arrancador convencional puede incluir:
El ajuste de sobrecarga se basa en los datos del motor, el esquema de conexión, el servicio y las instrucciones del fabricante. El contactor se selecciona por categoría de utilización, no como dispositivo de protección aislado.
- Protección frente a cortocircuito mediante fusible o interruptor.
- Contactor para maniobra.
- Relé de sobrecarga o función equivalente.
- Protección frente a pérdida/desequilibrio de fase cuando proceda.
- Seccionamiento y mando seguro.
Variadores y servos
Los accionamientos electrónicos requieren seguir las tablas de protección, fusibles, interruptores, reactancias y cableado del fabricante. Su corriente de entrada, condensadores y electrónica cambian el comportamiento frente a un motor conectado directamente.
En la salida de un variador no deben instalarse dispositivos ni realizar maniobras sin verificar que el fabricante lo permite. La protección diferencial, si se requiere, debe ser compatible con las corrientes residuales y componentes de frecuencia presentes.
Circuitos de mando y 24 VDC
Una fuente de 24 VDC puede limitar electrónicamente la corriente. Un cortocircuito lejano puede no generar corriente suficiente para que actúe rápidamente un interruptor convencional, especialmente con cables largos y pequeña sección.
Conviene estudiar:
La protección primaria de la fuente y la protección de sus salidas cumplen funciones distintas.
- Capacidad de corriente y modo de limitación de la fuente.
- Protección individual de ramas.
- Longitud y sección del conductor.
- Selectividad electrónica entre fuente y módulos.
- Caída de tensión admisible.
- Separación de cargas críticas y no críticas.
- Diagnóstico y señalización de rama disparada.
Protección contra sobretensiones
Los dispositivos de protección contra sobretensiones —SPD— limitan transitorios dentro de sus características. Su selección depende de la red, la exposición, el nivel de protección requerido, la coordinación entre etapas y la longitud de conexión.
Los conductores del SPD deben ser cortos y estar dispuestos según las instrucciones. Una conexión larga añade tensión inductiva y reduce la eficacia. El SPD necesita su protección de respaldo cuando el fabricante la especifique.
Protección diferencial y defectos a tierra
La necesidad, tipo y sensibilidad dependen del sistema de tierra, la carga, la normativa y las medidas de protección adoptadas. Variadores, filtros EMC y electrónica pueden producir corrientes de fuga o componentes no senoidales.
No debe instalarse un diferencial genérico por intuición ni anularlo por disparos repetidos. Es necesario identificar la causa y seleccionar una solución compatible con la aplicación y las reglas locales.
Selectividad y respaldo
Existe selectividad cuando actúa el dispositivo más próximo al defecto y los dispositivos aguas arriba permanecen cerrados dentro de los límites estudiados. Puede analizarse para sobrecarga, cortocircuito y defecto a tierra mediante curvas y tablas verificadas.
El respaldo o cascading permite que un dispositivo aguas arriba limite el esfuerzo visto por uno aguas abajo. Solo debe utilizarse con combinaciones ensayadas o declaradas por el fabricante.
La selectividad mejora la continuidad, pero no puede suponerse porque el interruptor aguas arriba tenga mayor calibre. Deben revisarse tablas, ajustes, corriente prevista y tipo de defecto.
Capacidad térmica del cuadro
Las protecciones, fuentes, variadores, transformadores y conexiones disipan calor. La temperatura interior puede obligar a reducir la corriente admisible de los aparatos.
El cálculo debe incluir pérdidas, dimensiones, ventilación, temperatura exterior, radiación y agrupamiento. Los puntos calientes también pueden proceder de aprietes incorrectos, oxidación o desequilibrio.
Método de selección paso a paso
- Definir el esquema, la fuente y el sistema de puesta a tierra.
- Calcular corrientes de carga, arranque y cortocircuito.
- Dimensionar conductores con factores de corrección.
- Elegir protección frente a sobrecarga y cortocircuito.
- Verificar poder de corte, energía pasante y esfuerzo del conductor.
- Coordinar motores, variadores y fuentes con sus fabricantes.
- Estudiar defectos a tierra y protección diferencial.
- Comprobar selectividad o respaldo con tablas válidas.
- Evaluar sobretensiones, temperatura y ventilación.
- Documentar ajustes, referencias, cálculos y pruebas.
Ejemplo conceptual
Un cuadro alimenta un motor con contactor, un variador, una fuente de 24 VDC y varios auxiliares. La entrada necesita un dispositivo con poder de corte adecuado a la red. Cada rama se dimensiona según su carga y conductor. El motor requiere coordinación de cortocircuito, contactor y sobrecarga; el variador sigue las combinaciones aprobadas; la fuente tiene protección primaria y ramas DC separadas.
Después se verifica que un cortocircuito en una rama no desconecte innecesariamente todo el cuadro y que la temperatura interior mantenga cada aparato dentro de sus límites.
Errores frecuentes
- Seleccionar solo por intensidad nominal.
- Desconocer la corriente de cortocircuito prevista.
- Sobredimensionar el interruptor para evitar disparos.
- Ignorar la reducción por temperatura y agrupamiento.
- Utilizar curvas genéricas en lugar de datos del aparato.
- Suponer selectividad por diferencia de calibres.
- No proteger individualmente ramas de 24 VDC.
- Aplicar protecciones convencionales a variadores sin consultar su manual.
- Modificar ajustes sin actualizar cálculos y documentación.
Preguntas frecuentes
¿Qué es el poder de corte?
Es la corriente de cortocircuito que un dispositivo puede interrumpir en las condiciones declaradas por su fabricante. Debe comprobarse a la tensión de servicio y frente a la corriente de defecto prevista en el punto de instalación.
¿Curva B, C o D basta para elegir un interruptor?
No. La curva orienta sobre el disparo magnético, pero también deben verificarse el conductor, la corriente de carga y arranque, el poder de corte, la energía pasante y la coordinación con las demás protecciones.
¿Un relé térmico protege contra cortocircuitos?
No por sí solo. El relé de sobrecarga protege al motor frente a sobrecarga según su ajuste y características; el circuito requiere además una protección contra cortocircuitos coordinada con el conjunto de arranque.
¿Puede protegerse cada sensor de 24 VDC por separado?
Sí, mediante ramas y protecciones adecuadas a la fuente y al cableado. Debe verificarse que un defecto en una rama se detecte y desconecte sin dejar sin alimentación otros circuitos necesarios.
¿Qué significa selectividad total?
Significa que, dentro del rango de corrientes de defecto estudiado, actúa el dispositivo más próximo al fallo sin abrir el de aguas arriba. Debe acreditarse con datos y tablas de la combinación concreta de aparatos.
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Referencias técnicas
- IEC 60204-1:2016+A1:2021requisitos generales del equipo eléctrico de máquinas, incluida protección y determinación de cortocircuito.
- IEC 60947-2:2024requisitos para interruptores automáticos de baja tensión.
- IEC 60947-4-1:2023contactores y arrancadores electromecánicos.
- Schneider Electric: Coordination Table Guideselectividad, respaldo y coordinación entre dispositivos.