Cuadros eléctricos, la protección clave en las infraestructuras industriales
- Los cuadros eléctricos de distribución en baja tensión son un componente crítico y necesario en todas las infraestructuras industriales, que permiten garantizar el reparto de la energía en cada línea de consumo, la seguridad de las instalaciones y la continuidad de suministro de forma eficiente en los procesos productivos.
Las infraestructuras industriales desempeñan un papel de gran importancia en la sociedad, ya que son fundamentales para el desarrollo económico de un país. Son el motor de la producción y fabricación de bienes y servicios, lo que contribuye a generar empleo y generar ingresos para una amplia gama de profesionales y trabajadores.
Además, facilitan la innovación y la mejora de la tecnología, lo que impulsa la competitividad de las industrias a nivel nacional e internacional, jugando un papel clave en la infraestructura logística y de transporte, al permitir el movimiento eficiente de productos y materias primas.
Por todo ello, garantizar su seguridad es una prioridad absoluta en aras de prevenir errores y minimizar su impacto. Una labor en la que los cuadros eléctricos, también conocidos como paneles eléctricos o tableros de distribución, juegan un rol fundamental. De ellos depende la protección de los bienes, equipos y personas para evitar daños, protegiendo tanto la maquinaria y componentes eléctricos de la instalación contra posibles cortocircuitos y sobrecargas, así como a las personas contra posibles contactos indirectos protegiendo sus vidas.
Son, en definitiva, una solución que aporta seguridad, continuidad de suministro y evitan accidentes gracias a una construcción con distintos tipos de aparamenta de protección, como son los interruptores automáticos, magnetotérmicos, fusibles, protecciones diferenciales, limitadores de sobretensiones, seccionadores, indicadores.
Elementos que se pueden combinar con equipos y sistemas de medida y monitorización para posibilitar la comunicación con sistemas de supervisión inteligentes que abren la posibilidad de gestionar cargas, prioridades, circuitos de emergencia, disparo y desconexión parcial o total en el caso de detectar algún defecto.
De esta manera, cuando las líneas eléctricas interiores tienen componentes de corriente continua o alta frecuencia que provocan disparos intempestivos de los interruptores diferenciales, existen una clase de dispositivos selectivos más sofisticados que filtran y detectan estas corrientes evitando su disparo, una problemática cada vez más frecuente al existir muchos equipos electrónicos, con fuentes de alimentación (rectificadores) en su red de protección que a su vez generan armónicos nocivos (3º y 5º especialmente).
Funciones de los cuadros eléctricos
Sin embargo, los cuadros eléctricos posibilitan una serie de funciones que van mucho más allá de la protección de las infraestructuras industriales, destacando:
Distribución de energía: los cuadros eléctricos permiten distribuir la energía eléctrica de entrada a través del interruptor de cabecera, entre las distintas líneas eléctricas en las que se deriva la energía a las diversas zonas, que a su vez protegen a las líneas que alimenta los cuadros eléctricos secundarios que están dimensionados para la protección de los procesos de producción a sus salidas. Así, se encargan de distribuir y controlar de forma eficiente y segura la energía eléctrica en baja tensión a su salida. Un cuadro o subcuadros eléctrico, es tanto más efectivo cuanto más cerca está de los equipos a los que protege.
Continuidad de suministro: los cuadros eléctricos garantizan una continuidad de suministro, a través del correcto diseño y elección de las distintas protecciones enlazadas en serie para que tengan una coordinación selectiva, la denominada “selectividad eléctrica”. De esta forma ante un posible defecto, se saltaría la protección más cercana aislando el fallo, sin afectar al interruptor de cabecera ni al resto de líneas eléctricas de la instalación. Se trata de una característica de suma importancia en la mayoría de industrias con procesos críticos que no pueden parar.
Supervisión y control: la monitorización y el control de los cuadros eléctricos a través de sistemas digitales, permite tener en cualquier momento y lugar, información detallada del estado de los interruptores y circuitos, los consumos de cada línea, temperaturas del cuadro o sondas de temperatura y vibraciones de los equipos y las máquinas, control de velocidades de los motores… que mediante sensores y sistemas de automatización conectados al cloud permiten de una forma eficaz realizar actuaciones a distancia a través de sistemas superiores BMS (Building Management System) y análisis predictivo de posibles averías, optimización eficiencia energética y optimización de consumos, secuencias de arranque de procesos, etc.
La importancia de la filiación y la selectividad eléctrica
Una de las principales claves para el diseño de los cuadros eléctricos de una instalación industrial, es tener en cuenta la selectividad eléctrica de la aparamenta que lo compone, así como la filiación con el resto de cuadros secundarios. Factor que garantizara el disparo adecuado del interruptor correspondiente sin afectar al resto de la instalación, garantizando la continuidad de suministro en el resto de la fábrica. Un diseño realizado en el conjunto de la instalación y no sólo un cuadro de protección.
En este sentido la filiación y selectividad eléctrica son dos conceptos básicos a la hora de diseñar un cuadro eléctrico de distribución para que funcione de forma óptima, aportando dos funciones más importantes para la industria como son: la seguridad y la continuidad de los procesos.
La filiación eléctrica se refiere a cómo están distribuidas cada una de las líneas de en el interior del cuadro utilizando el poder de corte de los interruptores automáticos magnetotérmicos aguas arriba, que posibilita la instalación de interruptores automáticos aguas abajo con poderes de corte inferiores a las intensidades de cortocircuito previstas en sus puntos de instalación. La filiación eléctrica es fundamental para facilitar el mantenimiento, la resolución de problemas y la operación segura de los cuadros eléctricos. Cada circuito debe estar claramente identificado con su función y el equipo o carga asociada.
Por otro lado, la selectividad eléctrica se refiere a la capacidad de los dispositivos de protección de actuar de manera selectiva y secuencial en caso de un defecto o sobrecarga eléctrica. La selectividad es importante para asegurar que, en caso de un cortocircuito o una sobrecarga en un circuito determinado, sólo se desconecte el circuito afectado y no se interrumpa el suministro eléctrico de otros circuitos y lo que es más grave evitando el disparo del interruptor de cabecera.
En un cuadro eléctrico diseñado con interruptores automáticos con la selectividad adecuada, el dispositivo de protección más cercano al punto de fallo actuará primero, dejando igual a los dispositivos de protección ubicados aguas arriba. En definitiva, la selectividad no es sino la coordinación de los dispositivos de corte automático para que un defecto, ocurrido en un punto cualquiera de la red, sea eliminado por el interruptor automático colocado inmediatamente aguas arriba del defecto, y sólo por él. Estos factores ayudan a identificar y solucionar problemas eléctricos de manera más rápida y aislada, minimizando la interrupción del suministro eléctrico en otras áreas, con lo que se mantiene la distribución de la energía de forma adecuada y a proteger los equipos y las instalaciones de posibles perjuicios.
Tipos de cuadros especializados
Dado lo vital de su labor, los fabricantes llevan años desarrollando soluciones no solo más completas, sino más especializadas en las labores o situaciones concretas en las que es necesaria su instalación.
De esta manera, existen distintos tipos de cuadros especializados, según el grado de exigencia y la continuidad de suministro que queremos que tenga nuestra instalación; exigencia que está vinculada a los procesos críticos que protege.
- Cuadros compartimentados: también denominados CCM’s, Cuadros de Control de Motores o Cuadros compartimentados de seccionamiento en carga. Son un tipo de cuadros eléctricos de altas prestaciones para altas potencias de salida, que están compartimentados y que permiten el seccionamiento en carga. Están dirigidos a las industrias y centros en los que no se puede paralizar su actividad ante un posible defecto, reparación o mantenimiento de una de sus líneas de salida, que garantizan la continuidad de suministro y la seguridad de los procesos productivos.
- Cuadros de automatización y control de procesos: son armarios con aspecto exterior similar a los eléctricos, pero con unas funciones totalmente distintas. Albergan en su interior los PLC’s y autómatas que controlan los procesos que se comunican con el exterior. Los componentes de un cuadro de control, dependen del tipo y funciones que desarrolla, que en general son los principalmente los PLC’s, conéctica, sensores, actuadores, switches, routers, fuentes de alimentación… que reciben las señales de los sensores de campo y son procesados en su interior, se comunican con sistemas de supervisión superiores.
Estos sistemas están diseñados para recoger datos en tiempo real de sensores y dispositivos ubicados en el proceso o sistema que se está supervisando. Luego, utilizan estos datos para controlar y regular automáticamente las variables del proceso, como son las temperaturas, la presión, el flujo, la velocidad… entre otros. Que permiten tener información y control de todos los elementos críticos de la maquinaria de un proceso industrial. Información que permite seguir conocer el histórico de trabajo de todos los procesos y permite actuaciones preventivas ante síntomas de defectos, o inclusive la generación de alarmas y notificaciones en caso de que ocurran condiciones anómalas o peligrosas en el proceso.
Los cuadros de control y automatización de procesos son herramientas que permiten monitorear y regular automáticamente los parámetros y dispositivos de un proceso, mejorando la eficiencia y la seguridad de las operaciones industriales. Sistemas enmarcados dentro de la conocida Industria 4.0. Cuadros de control que son vitales en la industria actual para mantener su competitividad, reduciendo incidencias y mejorando los procesos. Que se traduce en sistemas más eficientes y reducción de costes.
Componentes más comunes de un cuadro de distribución
- Armario o envolvente exterior: se trata de la estructura exterior que aloja en su interior todos los componentes y equipos, así como los embarrados de cobre que distribuyen la energía en su interior. Los armarios deben estar concebidos y construidos con conforme a las normas del Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión (REBT), a las correspondientes de ensayos y seguridad. Proporcionando un entorno seguro para los equipos internos y evitar el acceso a zonas activas interiores.
- Interruptor de cabecera: tanto los cuadros generales de baja tensión como los cuadros secundarios de distribución, cuentan con un interruptor principal que protege el conjunto de las líneas, que permite desconectar toda la energía del sistema eléctrico en caso de un defecto, emergencia o para realizar mantenimiento. Interruptores automáticos: estos dispositivos de protección, también conocidos como disyuntores o interruptores de circuito, están diseñados para detectar y proteger contra sobrecargas eléctricas o cortocircuitos en los circuitos individuales. Si se produce una condición peligrosa, el interruptor se abre automáticamente para interrumpir el flujo de corriente y proteger a los bienes y equipos a su salida.
- Interruptores diferenciales: también llamados interruptores de falla a tierra tienen la función de proteger contra las fugas o derivaciones de corriente a tierra. Detectan cualquier desequilibrio entre la corriente que entra y la que sale del sistema y desconectan el circuito en caso de que se detecte una fuga, protegiendo así a las personas ante cualquier contacto indirecto.
- Contactores: son dispositivos electromecánicos que permiten abrir o cerrar circuitos tanto en carga en carga como en vacío, en los que intervengan cargas sobre las que se quiere actuar, como pueden ser maniobras de apertura y cierre de instalaciones de motores y maquinaria en general.
- Barras de conexión: los cuadros eléctricos cuentan en su interior con embarrados de cobre y barras de conexión, que permiten la conexión y distribución de cables eléctricos hacia los diferentes circuitos o cargas. Estas barras facilitan la organización y la gestión de los cables dentro del panel.
- Etiquetas o identificación: es habitual y aconsejable que los cuadros eléctricos incluyan etiquetas de identificación interiores de los circuitos y dispositivos conectados para facilitar su mantenimiento y resolución de problemas.
- Medidores y contadores: es cada vez más frecuente la incorporación de elementos de medida energética en la cabecera de los circuitos y cuadros, que parametrizan sus valores eléctricos como son tensiones, intensidades, energía activa, reactiva, potencia, armónicos, etc. comunicables con el exterior para realizar un seguimiento del consumo eléctrico en diferentes circuitos o áreas poder realizar una gestión energética eficiente.
Normativa sobre cuadros eléctricos En España, las normas y regulaciones para la construcción de cuadros eléctricos se establecen principalmente en el Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión (REBT), que es el marco legal que establece las condiciones de seguridad y calidad para las instalaciones eléctricas de baja tensión en España. Contiene los requisitos específicos para la construcción y diseño de los cuadros eléctricos, incluyendo aspectos como la selección de materiales, protecciones, distribución de circuitos, esquemas de conexión, etc.
Las principales normas a tener en cuenta en la construcción de cuadros eléctricos son:
- Norma UNE-EN 61439: Esta norma establece los requisitos generales para los conjuntos de maniobra y control de baja tensión, incluyendo los cuadros eléctricos. Define criterios para el diseño, construcción, ensayo y verificación de los cuadros eléctricos.
- Norma UNE-EN 60947: Esta serie de normas cubre los dispositivos de maniobra, protección y control utilizados en los cuadros eléctricos, como interruptores automáticos, interruptores diferenciales, contactores, etc. Establecen requisitos de seguridad, rendimiento y durabilidad para estos dispositivos.
- ITC-BT-16: Estas Instrucciones Técnicas Complementarias del REBT se centran en las condiciones generales de los cuadros eléctricos y las instalaciones de protección y control asociadas. Establece los requisitos técnicos y las medidas de seguridad para la construcción de los cuadros eléctricos.
- ICT-BT (17): Se centra en la selección y montaje de los dispositivos de protección y maniobra, como interruptores automáticos, interruptores diferenciales, contactores, etc. Establece los criterios para su instalación, conexión y verificación.
- ITC-BT-19: Esta Instrucción Técnica se refiere a los requisitos para la conexión de los conductores y cables en los cuadros eléctricos, incluyendo las dimensiones, tipos de terminales, conexiones y métodos de sujeción.
- ITC-BT-20: Establece los criterios para la selección y montaje de los sistemas de protección contra sobretensiones en los cuadros eléctricos, que son dispositivos destinados a proteger contra daños causados por picos de tensión presentes en la red eléctrica.
Es importante tener en cuenta que las normas y regulaciones pueden ser actualizadas y modificadas con el tiempo. Por lo tanto, es esencial consultar la normativa más reciente y asegurarse de cumplir con los requisitos específicos aplicables a cada proyecto y ubicación. Se recomienda contar con el asesoramiento de un electricista o ingeniero especializado en instalaciones eléctricas para garantizar el cumplimiento de las normas y regulaciones vigentes.
Los cuadros de distribución eléctrica en baja tensión, son el elemento más importante de la infraestructura eléctrica de una planta de producción en la industria. De su correcto diseño, construcción y mantenimiento dependerá en una parte importante la eficiencia energética de la instalación, la continuidad y calidad del suministro y la protección de bienes equipos y personas.
Teniendo en cuenta que el periodo mínimo de amortización de un cuadro eléctrico está a partir de los 25 años, vale la pena invertir en los mejores productos, marcas y un cuadrista de confianza. En EIG tenemos un equipo técnico y un taller de construcción de cuadros propio adaptado a las necesidades de los clientes.
