Se ha producido un cambio con la sustitución de la antigua norma IEC 60439-1 por las normas IEC 61439-1 e IEC 61439-2. Estas normas son aplicables a todos los cuadros de distribución y control de baja tensión (aquellos en los que la tensión nominal no supera los 1000 V para CA o los 1500 V para CC)
Introducción
Un cuadro eléctrico es una combinación de varios dispositivos de protección y maniobra, agrupados en una o más cajas adyacentes (columnas).
En un cuadro es posible distinguir las siguientes partes: una caja, denominada envolvente conforme a las normas (y cuya función es el soporte y la protección mecánica de los componentes que alberga) y el equipamiento eléctrico, formado por los aparatos, las conexiones internas y los terminales de entrada y salida para la conexión a la instalación.
Como todos los componentes de un sistema eléctrico, los cuadros también deben cumplir las normas correspondientes. En lo referido a las normas, se ha producido un cambio con la sustitución de la antigua norma IEC 60439-1 por las normas IEC 61439-1 e IEC 61439-2. Estas normas son aplicables a todos los cuadros de distribución y control de baja tensión (aquellos en los que la tensión nominal no supera los 1000 V para CA o los 1500 V para CC).
En este documento, el término “cuadro” se utiliza para hacer referencia a un conjunto de equipos de protección y maniobra de baja tensión.
Normas relativas a los cuadros de baja tensión y aplicabilidad
La reciente publicación de la nueva norma IEC 61439 ha obligado a cambiar y perfeccionar el concepto de cuadro eléctrico de distribución y maniobra, que había permanecido invariable desde 1990, cuando el concepto de “cuadros montados en fábrica” fue sustituido por CS (cuadros de tipo probado) y CDS (cuadros de tipo parcialmente probado).
La nueva norma sigue considerando que un cuadro es un componente estándar de la instalación, como un interruptor automático o una toma de corriente, aunque está formado por la unión de varios aparatos, agrupados en una o más cajas adyacentes (columnas).
En un cuadro es posible distinguir las siguientes partes: una caja, denominada envolvente conforme a las normas (y cuya función es el soporte y la protección mecánica de los componentes que alberga), y el equipo eléctrico, formado por los aparatos, las conexiones internas y los terminales de entrada y salida para la conexión a la instalación.
Este sistema debe ser montado de manera que cumpla los requisitos de seguridad y realice de forma óptima las funciones para las cuales ha sido diseñado.
Como todos los componentes de una instalación eléctrica, los cuadros también deben cumplir las normas correspondientes. Las normas IEC 61439-1 y 2 sobre esta materia han entrado recientemente en vigor a nivel internacional.
Estas normas se aplican a cuadros de baja tensión con una tensión nominal máxima de 1000 V CA o 1500 V CC. IEC 61439-1 establece normas generales para los cuadros de baja tensión, mientras que las demás partes especifican las tipologías concretas de los cuadros y deben ser leídas junto con las normas generales.
Las partes previstas son las siguientes:
- IEC 61439-2: “Cuadros de distribución de potencia y maniobra (cuadros PSC)”;
- IEC 61439-3: “Cuadros de distribución” (sustituye a IEC 60439-3);
- IEC 61439-4: “Cuadros para obras” (sustituye a IEC 60439-4);
- IEC 61439-5: “Cuadros para distribución de potencia” (sustituye a IEC 60439-5);
- IEC 61439-6: “Sistemas de canalización para embarrado” (sustituye a IEC 60439-2).
Existen otros dos documentos publicados por IEC, sobre cuadros eléctricos, todavía disponibles:
- la norma IEC 60890, que describe un método de evaluación de sobretemperatura mediante cálculo;
- la norma IEC 61117, que describe un método para evaluar la resistencia a cortocircuitos mediante cálculo o mediante la aplicación de las normas de diseño.
Este documento, después de estudiar la situación desde el punto de vista de los requisitos y normas, describe los cuadros ArTu conforme a la norma IEC 61439-2.
1.1 Norma IEC 61439-1
Como se ha mencionado anteriormente, el nuevo grupo de normas, identificado por la IEC con el código 61439, está compuesto por la norma básica 61439-1 y las normas específicas que hacen referencia a la tipología de los cuadros. La primera norma aborda las características, propiedades y rendimiento comunes a todos los cuadros, los cuales serán después detallados en las normas específicas relevantes.
Esta es la estructura actual de la nueva norma IEC 61439:
1) IEC 61439-1: “Cuadros de distribución y maniobra de baja tensión - Parte 1: “Reglas generales”;
2) IEC 61439-2: “Cuadros de distribución de potencia y maniobra”;
3) IEC 61439-3: “Cuadros de distribución”;
4) IEC 61439-4: “Cuadros para obras”;
5) IEC 61439-5: “Cuadros para distribución de potencia en redes públicas”;
6) IEC 61439-6: “Sistemas de canalización para embarrado”.
En lo referido a la declaración de conformidad, cada tipología específica de cuadro deberá ser declarada conforme a la respectiva norma de producto (es decir, que deberá declararse la conformidad de los cuadros PSC con IEC 61439-2, mientras que para los cuadros de distribución deberá declararse su conformidad con IEC 61439-3).
La transición de la anterior norma IEC 60439 a la actual IEC 61439 deberá tener lugar de este modo: La “antigua” norma 60439-1 deberá ser sustituida por las nuevas normas 61439-1 y 2, que ya están disponibles, aunque permanecerá vigente hasta el 31 de octubre de 2014 para cuadros de distribución de potencia y maniobra (también denominados cuadros PSC).
Después de esa fecha, los nuevos cuadros PSC deberán cumplir únicamente las nuevas normas.
El periodo de validez de la norma 60439-1 y las otras normas 60439-X se prolonga hasta 2014 para la construcción de otros cuadros especiales (obras, sistemas de canalización para embarrado, distribución, etc.), dado que por el momento las nuevas normas solamente están previstas pero aún no están disponibles.
La norma básica establece los requisitos para la construcción, seguridad y mantenimiento de los cuadros eléctricos identificando las características nominales, condiciones de servicio ambientales, requisitos mecánicos y eléctricos , así como los requisitos relativos al rendimiento.
La antigua norma, de 1990, dividía los cuadros en dos tipos, CS (cuadros de tipo probado) y CDS (cuadros de tipo parcialmente probado), en función de su conformidad total o parcial con las pruebas de tipo en laboratorio. La nueva norma elimina completamente esta dualidad sustituyéndola por el concepto de cuadro “conforme”, es decir cualquier cuadro que cumpla las verificaciones de diseño impuestas por la norma misma.
Con este fin, la norma introduce tres tipos de verificación distintos pero equivalentes (verificación de diseño) de los requisitos de conformidad de un cuadro; se trata de:
- 1) verificación mediante pruebas en laboratorio (anteriormente denominada pruebas de tipo y ahora verificación mediante pruebas);
- 2) verificación mediante cálculo (empleando algoritmos antiguos y nuevos);
- 3) verificación mediante el cumplimiento de las normas de diseño (análisis y consideraciones independientes de las pruebas; verificación mediante criterios físicos/analíticos o deducciones de diseño).
Las diferentes características (sobretemperatura, aislamiento, corrosión, etc.) pueden garantizarse empleando cualquiera de estos tres métodos; puede utilizarse uno u otro indiferentemente para garantizar la conformidad.
Debido a que no siempre es posible elegir uno de los tres métodos, la Tabla D.1 del Anexo D de la norma (véase la Tabla 1.1) indica cuál de los tres tipos de verificación puede utilizarse para cada característica.
Como puede observarse, en algunas características, como la resistencia a la corrosión o a los impactos mecánicos, solamente se acepta la verificación mediante pruebas; en otras, como la sobretemperatura y los cortocircuitos, se aceptan las tres formas de verificación: pruebas, cálculo o normas de diseño.
Otro importante cambio en la nueva norma es una definición más concreta de la figura del fabricante. Existen “dos formas de ser” fabricante: fabricante “original” y fabricante del “cuadro”.
El primero es el responsable de realizar el diseño inicial de la serie a la cual pertenece el cuadro que se va a construir y con este fin ha llevado a cabo las verificaciones de diseño (anteriormente pruebas de tipo) o los cálculos, o bien comprobado las normas de diseño, para abarcar todas las posibles formas de verificar el cuadro.
Es evidente que cuanto más efectivos sean los diseños que el fabricante original pueda “normalizar” y proponer, mayor será la probabilidad de que sus diseños sean construidos y, por lo tanto, obtenga beneficios.
El segundo, el fabricante del “cuadro”, es quien realmente construye el cuadro, es decir, quien obtiene las distintas partes y componentes y los monta del modo requerido, para completar el cuadro, el ensamblado y el cableado empleando una de las posibilidades de diseño ya mencionadas, listas para usar y ofrecidas por el fabricante “original”.
La norma continúa aceptando que algunas fases del montaje de los cuadros también pueden tener lugar fuera del laboratorio o taller del fabricante (en la obra o en una máquina), pero deben cumplirse sus instrucciones. Desde el punto de vista operativo, los cuadristas y los instaladores, es decir, los fabricantes finales, pueden seguir utilizando del modo habitual productos vendidos en forma de kit e incluidos en los catálogos de los fabricantes “originales” para montarlos en los cuadros de acuerdo al modo que precisen.
En resumen, el fabricante “original” deberá:
- diseñar (calcular, diseñar y ejecutar) la gama de cuadros deseada;
- probar varios prototipos pertenecientes a esa gama de cuadros;
- superar las pruebas para demostrar la conformidad con los requisitos obligatorios de la norma;
- derivar de las pruebas otras configuraciones mediante cálculo u otras evaluaciones o mediciones;
- añadir otras configuraciones obtenidas sin pruebas gracias a “normas de diseño” adecuadas;
- recopilar toda la información anteriormente descrita y ponerla a disposición del cliente final mediante catálogos, reglas de cálculo o software, de modo que pueda construir el nuevo cuadro, utilizarlo y gestionarlo de la mejor manera posible, llevando a cabo los controles y mantenimiento adecuados.
La lista de verificaciones de diseño requerida por la norma bajo la responsabilidad del fabricante “original”, quien, conforme a la Tabla 1.1, deberá decidir cómo las lleva a cabo, es la siguiente:
Verificación de las características relativas a la construcción:
- Resistencia de los materiales y partes del cuadro;
- Grados de protección IP del cuadro;
- Distancias de aislamiento (en aire y superficialmente);
- Protección contra descarga eléctrica e integridad de los circuitos de protección;
- Instalación de dispositivos y componentes de maniobra;
- Circuitos y conexiones eléctricas internas;
- Terminales para conductores externos.
Verificación de las características relativas al rendimiento:
- Propiedades dieléctricas (rigidez dieléctrica a 50 Hz y tensión soportada a impulsos);
- Verificación de los límites de sobretemperatura;
- Resistencia a cortocircuitos;
- Compatibilidad electromagnética (EMC);
- Funcionamiento mecánico.
Por su parte, el fabricante del “cuadro” será responsable de:
- seleccionar e instalar los componentes cumpliendo fielmente las instrucciones proporcionadas;
- la ejecución de la verificación particular de cada cuadro fabricado;
- la certificación del cuadro.
La lista de pruebas particulares requeridas por la norma bajo la responsabilidad del fabricante del “cuadro” es la siguiente:
Características relativas a la construcción:
- Grados de protección IP de la envolvente;
- Distancias de aislamiento (en aire y superficialmente);
- Protección contra descarga eléctrica e integridad de los circuitos de protección;
- Instalación de dispositivos y componentes de maniobra;
- Circuitos y conexiones eléctricas internas;
- Terminales para conductores externos;
- Funcionamiento mecánico.
Características relativas al rendimiento:
- Propiedades dieléctricas (rigidez dieléctrica a 50 Hz y tensión soportada a impulsos);
- Cableado y rendimiento en servicio.
Estas verificaciones pueden llevarse a cabo en cualquier orden.
El hecho de que las verificaciones particulares sean llevadas a cabo por el fabricante del “cuadro” no exime al instalador de verificarlos después del transporte e instalación del cuadro.
Los principales cambios y novedades, introducidos por la norma IEC 61439 con respecto a la anterior IEC 60439, pueden resumirse en los diagramas de la siguiente figura:
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