Imagine que la línea de producción de una gran fábrica se detiene repentinamente, un centro de datos paralizado por un fallo de alimentación o equipos hospitalarios críticos que dejan de funcionar. Detrás de estos escenarios a menudo se esconden riesgos en los sistemas de energía eléctrica. La aparamenta de baja tensión sirve como la salvaguarda vital que protege los sistemas eléctricos vitales de estas instalaciones críticas. Comprender sus tecnologías centrales y criterios de selección es esencial para garantizar el funcionamiento seguro, fiable y eficiente del sistema de energía.
Funcionando como el "centro de control" de un sistema de energía, la aparamenta de baja tensión consolida los dispositivos de protección de circuitos como interruptores automáticos, fusibles e interruptores para proteger, controlar y aislar los equipos eléctricos. Estos componentes están alojados dentro de estructuras metálicas, y varias de estas estructuras forman una unidad o conjunto de aparamenta. Ampliamente utilizados en sistemas de transmisión y distribución de energía, así como en instalaciones comerciales e industriales medianas y grandes, estos sistemas siguen las normas IEEE en Norteamérica y las normas IEC en otros lugares.
La aparamenta metálica de baja tensión representa un producto de distribución trifásico diseñado para alimentar de forma segura, eficiente y fiable equipos eléctricos que funcionan a tensiones de hasta 1000 voltios y corrientes que alcanzan los 6000 amperios. Las clasificaciones típicas de la aparamenta ANSI/NEMA se extienden hasta 635 voltios con clasificaciones de bus de corriente continua de hasta 10.000 amperios para configuraciones de suministro de energía en paralelo.
Situado en el lado de baja tensión de los transformadores de distribución (con la unidad combinada denominada subestación), este equipo alimenta centros de control de motores de baja tensión, paneles de distribución y varios circuitos derivados. Sirve para aplicaciones críticas en la industria pesada, la fabricación, la minería, la petroquímica, los servicios públicos, el tratamiento de aguas, los centros de datos y las instalaciones sanitarias.
Una configuración estándar de aparamenta de baja tensión presenta tres compartimentos aislados, creando una estructura defensiva robusta:
- Compartimento del interruptor automático: Aloja verticalmente hasta cuatro interruptores automáticos de potencia con aislamiento individual para evitar la propagación de fallos
- Compartimento del bus: Situado detrás de los interruptores automáticos con barreras aisladas entre secciones de bus adyacentes
- Compartimento de cables: Situado en la parte trasera con particiones ventiladas opcionales y paneles accesibles para las conexiones de los cables
Este diseño de acceso trasero mejora la seguridad al evitar el contacto accidental con conductores con tensión y contener los daños por arco eléctrico. Las configuraciones alternativas de acceso frontal permiten instalaciones montadas en la pared, similares a los paneles de distribución.
Las barras colectoras de cobre plateado o estañado forman las "autopistas" eléctricas dentro de la aparamenta. Los elevadores verticales se conectan a los contactos de los interruptores automáticos, mientras que los buses principales horizontales enlazan secciones adyacentes. El aislamiento entre fases se mantiene a través de huecos de aire adecuados o materiales aplicados donde el espaciamiento resulta insuficiente.
Los interruptores automáticos de potencia de baja tensión (LV-PCB) con unidades de disparo integradas proporcionan una protección crucial contra cortocircuitos y sobrecargas. Estos dispositivos extraíbles, montados en la puerta, pueden interrumpir fallos a través de contactos separados por aire (a diferencia de los interruptores de vacío de media tensión), lo que les otorga la designación de "interruptor automático de aire".
Los parámetros de selección críticos incluyen:
- Tensión máxima (normalmente 635 V)
- Frecuencia de alimentación (50/60 Hz)
- Clase de aislamiento (2,2 kV)
- Corriente continua (hasta 10.000 A)
- Resistencia a cortocircuitos (hasta 200 kA)
- Resistencia a corto tiempo (hasta 100 kA durante 30 ciclos)
La aparamenta moderna incorpora sofisticados sistemas de mitigación de arcos eléctricos:
- Recintos de extinción de arcos
- Construcción resistente al arco
- Enclavamiento selectivo de zona (ZSI)
- Sistemas de mantenimiento de reducción de arcos eléctricos
- Relés de detección especializados
- Protección diferencial de bus
Las normas clave que rigen incluyen:
- ANSI/IEEE C37.20.1 (aparamenta de baja tensión con envolvente metálica)
- ANSI/IEEE C37.20.7 (pruebas de fallos por arco)
- UL 1558/UL 1066 (normas de interruptores automáticos)
Esta clasificación crítica (SCCR) determina la corriente de fallo máxima que el conjunto puede soportar de forma segura durante ≥4 ciclos a la tensión nominal. La clasificación de toda la aparamenta coincide con la capacidad del interruptor automático con la clasificación más baja.
Definiendo la corriente máxima que un dispositivo de protección puede interrumpir de forma segura, esta clasificación debe exceder tanto la clasificación de resistencia del interruptor automático como la corriente de fallo disponible del sistema.
Esta clasificación de doble componente (normalmente 30 ciclos de duración) indica la capacidad del conjunto para soportar las corrientes de fallo especificadas sin daños, lo cual es crucial para la coordinación selectiva.
Una coordinación adecuada garantiza que solo el interruptor automático aguas arriba más cercano se dispare durante los fallos, manteniendo la fiabilidad del sistema. Si bien los retrasos programables de los LV-PCB (hasta 30 ciclos) permiten una coordinación eficaz, este enfoque puede aumentar la energía incidente, lo que requiere un cumplimiento cuidadoso de la norma NEC 240.87 para la mitigación de arcos eléctricos.
Si bien ambos distribuyen energía, la aparamenta ofrece características superiores:
- Interruptores automáticos extraíbles y reparables frente a MCCB fijos
- Resistencia de 30 ciclos frente a clasificaciones de 3 ciclos
- Protección avanzada contra arcos eléctricos
- Capacidades de coordinación mejoradas
La modernización a través de dispositivos electrónicos inteligentes (IED)—incluidos interruptores automáticos inteligentes, sensores y relés basados en microprocesadores—permite la supervisión avanzada, el análisis y la optimización del sistema basada en la nube para mejorar la seguridad y el rendimiento.