Un cuadro de distribución (también conocido como panelboard , panel de interruptores, panel de disyuntores , panel eléctrico , caja de fusibles o caja de distribución ) es un componente de un sistema de suministro eléctrico que divide una alimentación eléctrica en circuitos secundarios al tiempo que proporciona un fusible o disyuntor de protección para cada circuito en un recinto común . Normalmente, también se incorpora un interruptor principal y, en los cuadros más recientes, uno o más dispositivos de corriente residual (RCD) o disyuntores de corriente residual con protección contra sobrecorriente (RCBO).
En el Reino Unido, un cuadro de distribución diseñado para instalaciones domésticas se conoce como unidad de consumo . [1]
Los tableros de distribución norteamericanos generalmente están alojados en gabinetes de chapa metálica , con los disyuntores ubicados en dos columnas operables desde el frente. Algunos tableros están provistos de una puerta que cubre las manijas del interruptor, pero todos están construidos con un frente muerto ; es decir, el frente del gabinete (ya sea que tenga puerta o no) evita que el operador de los disyuntores entre en contacto con partes eléctricas activas en el interior. Las barras colectoras llevan la corriente desde los conductores de línea entrantes ( activos ) a los disyuntores, que están asegurados al bus con una conexión atornillada (usando un tornillo roscado) o una conexión enchufable usando un clip de retención. Los tableros son más comunes en aplicaciones comerciales e industriales y emplean disyuntores atornillados. Los paneles residenciales y comerciales ligeros generalmente se conocen como centros de carga y emplean disyuntores enchufables. Los conductores neutros están asegurados a un bus neutro usando terminales de tornillo . Los conductores de unión del circuito derivado están asegurados a un bloque de terminales conectado directamente al gabinete del tablero, que a su vez está conectado a tierra .
Durante el mantenimiento del cuadro de distribución, cuando se ha quitado la cubierta y los cables están visibles, los tableros de distribución estadounidenses suelen tener algunas partes activas expuestas. En los tableros de distribución de entrada de servicio canadienses, el interruptor principal o disyuntor se encuentra en una caja de servicio , una sección del gabinete separada del resto del tablero de distribución, de modo que cuando el interruptor principal o disyuntor está apagado, no quedan partes activas expuestas al realizar el mantenimiento de los circuitos derivados. [2]
Los disyuntores suelen estar dispuestos en dos columnas. En un tablero de estilo estadounidense, las posiciones de los disyuntores están numeradas de izquierda a derecha, a lo largo de cada fila de arriba a abajo. Este sistema de numeración es universal para numerosos fabricantes de paneles de disyuntores de la competencia.
Cada fila se alimenta desde una línea diferente ( A , B y C a continuación), para permitir que los disyuntores de disparo común de 2 o 3 polos tengan un polo en cada fase. En América del Norte, es común cablear equipos grandes instalados permanentemente de línea a línea. Esto ocupa dos ranuras en el panel (dos polos) y proporciona un voltaje de 240 V para energía eléctrica de fase dividida o 208 V para energía trifásica .
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La fotografía de la derecha muestra el interior de un tablero de distribución de servicio residencial fabricado por General Electric . Se pueden ver los tres conductores de servicio (dos líneas "activas" y una neutra) entrando por la parte superior. El cable neutro está conectado a la barra colectora neutra a la izquierda con todos los cables blancos, y los dos cables activos están conectados al disyuntor principal. Debajo del disyuntor principal están las dos barras colectoras que llevan la corriente entre el disyuntor principal y las dos columnas de disyuntores de circuitos derivados, con los cables activos rojo y negro de cada circuito respectivo saliendo. Se pueden ver tres cables (negro activo, blanco neutro y tierra desnuda) saliendo del lado izquierdo del gabinete y corriendo directamente a un receptáculo eléctrico NEMA 5-15 con un cable de alimentación enchufado. El cable de tierra trenzado desnudo entrante se puede ver cerca de la parte inferior de la barra colectora neutra.
La fotografía de la izquierda muestra una configuración de panel doble: un panel principal a la derecha (con la cubierta frontal colocada) y un subpanel a la izquierda (con la cubierta quitada). El subpanel está alimentado por dos cables grandes con corriente y un cable neutro que pasan por el conducto en ángulo cerca de la parte superior de los paneles. Esta configuración parece mostrar dos violaciones del Código Eléctrico Nacional de los EE. UU. actual: el panel principal no tiene un conductor de conexión a tierra (aquí se alimenta a través del subpanel en su lugar) y la barra neutra del subpanel está conectada a la barra de conexión a tierra (deberían ser barras separadas después de la primera desconexión del servicio, que en este caso es el panel principal).
Un diseño común de caja de fusibles que se presentó en las casas construidas entre 1940 y 1965 fue la caja de fusibles de 60 amperios que incluía cuatro fusibles enchufables (es decir, la base Edison) para circuitos derivados y uno o más bloques de fusibles que contenían fusibles de cartucho para propósitos tales como circuitos de electrodomésticos principales. [3] Después de 1965, el panel más sustancial de 100 A con servicio de tres cables (230 V) se volvió común; una caja de fusibles podría tener bloques de fusibles para el apagado principal y un circuito de cocina eléctrica más una cantidad de fusibles enchufables (base Edison o tipo S) para circuitos individuales. [4]
Esta imagen muestra el interior de un panel de distribución típico en el Reino Unido. Los tres cables de fase entrantes se conectan a las barras colectoras a través de un interruptor principal en el centro del panel. A cada lado del panel hay dos barras colectoras , para neutro y tierra. El neutro entrante se conecta a la barra colectora inferior en el lado derecho del panel, que a su vez está conectada a la barra colectora neutra en la parte superior izquierda. El cable de tierra entrante se conecta a la barra colectora inferior en el lado izquierdo del panel, que a su vez está conectada a la barra colectora de tierra en la parte superior derecha. Se ha quitado la cubierta de la barra neutra inferior derecha; la barra neutra del lado izquierdo tiene su cubierta en su lugar.
A la izquierda de las barras colectoras de fase hay dos RCBO de dos polos y dos interruptores unipolares, uno sin usar. Los RCBO de dos polos de la imagen no están conectados entre dos fases, sino que tienen conexiones neutras del lado de la alimentación que salen detrás de las barras colectoras de fase. A la derecha de las barras colectoras hay un interruptor unipolar, un RCBO de dos polos y un interruptor tripolar.
El panel ilustrado incluye una gran cantidad de espacio sin utilizar; es probable que el fabricante produzca versiones de este panel de 18 y 24 posiciones utilizando el mismo chasis.
Las instalaciones comerciales, públicas e industriales de mayor tamaño suelen utilizar suministros trifásicos, con cuadros de distribución que tienen dos filas verticales de disyuntores. Las instalaciones de mayor tamaño suelen utilizar cuadros de distribución secundarios.
En ambos casos, los cuadros modernos que manejan suministros de hasta aproximadamente 100 A (CU) o 200 A (cuadros de distribución) utilizan disyuntores y RCD en montajes de riel DIN . El cuadro de distribución principal de una instalación normalmente también proporcionará un interruptor principal (conocido como interruptor de entrada ) que conmuta las líneas de fase y neutro para todo el suministro. (Nota: un interruptor de entrada puede denominarse, o venderse, como un aislador , pero esto es problemático, ya que no necesariamente se usará como un aislador en el sentido estricto).
Para cada fase, la energía se suministra a través de una barra colectora . En los paneles de fase dividida, las barras colectoras separadas se alimentan directamente desde la entrada, lo que permite utilizar RCD para proteger grupos de circuitos. Alternativamente, se pueden utilizar RCBO para proporcionar protección tanto contra sobrecorriente como contra corriente residual a circuitos individuales.
También se pueden utilizar otros dispositivos, como transformadores (por ejemplo, para circuitos de campana) y contactores (relés; por ejemplo, para grandes cargas de motor o de calefacción).
Los nuevos cuadros de distribución británicos generalmente tienen las partes activas protegidas según IP2X , incluso cuando se ha quitado la cubierta para realizar tareas de mantenimiento.
En el Reino Unido, la norma BS 7671 define una unidad de consumo como "Un tipo particular de cuadro de distribución que comprende un conjunto coordinado probado para el control y la distribución de energía eléctrica, principalmente en locales domésticos..." [5] Estas instalaciones suelen tener suministros monofásicos a 230 V (norma nominal); históricamente, se conocían como cajas de fusibles , ya que las unidades de consumo más antiguas usaban fusibles hasta la llegada de los minidisyuntores (MCB). Una nueva UC doméstica normal utilizada como panel principal puede tener de 6 a 24 vías para dispositivos (algunos de los cuales pueden ocupar dos vías) y se dividirá en dos o más secciones (por ejemplo, una sección sin RCD para alarmas, etc., una sección protegida por RCD para enchufes y una sección protegida por RCD para iluminación y otros electrodomésticos integrados). Las UC secundarias utilizadas para dependencias anexas suelen tener de 1 a 4 vías más un RCD.
Las CU recientes (reglamentos de cableado anteriores a la edición 17) normalmente no tenían secciones protegidas con RCD para nada más que tomas de corriente, aunque algunas CU más antiguas tenían entradas con RCD. Antes de 1990, los RCD (y las barras colectoras divididas) no eran estándar en las CU.
Las cajas de fusibles normalmente utilizan fusibles de cartucho o reconectables sin ningún otro dispositivo de protección, y las cajas básicas de 4 vías son muy comunes. Algunas cajas más antiguas están hechas de baquelita marrón-negra, a veces con una base de madera. Aunque su diseño es histórico, estos eran equipos estándar para nuevas instalaciones hasta la década de 1980, por lo que son muy comunes. Los portafusibles en estas cajas pueden no brindar protección contra el contacto accidental con terminales activos.
En el Reino Unido, las unidades de consumo han evolucionado desde los interruptores principales básicos y los fusibles recableables, que solo brindaban protección contra sobrecargas y cortocircuitos, hasta unidades de control sofisticadas que albergan muchas funciones de seguridad que pueden proteger contra diferentes tipos de fallas eléctricas. La elección del dispositivo de protección del circuito dependerá del tipo de circuito eléctrico que esté protegiendo y del nivel de protección que se necesite brindar. La norma BS7671:2018 Requisitos para instalaciones eléctricas, también conocida como Normativa de cableado IET, se actualiza periódicamente y su última edición en el momento de redactar este artículo es la enmienda 2:2022 publicada el 28 de marzo de 2022. Configuraciones típicas de CU:
En la actualidad, se exige que las unidades de consumo modernas sean de metal (no combustibles) y, por lo general, utilizan dispositivos montados en riel DIN . El riel DIN está estandarizado, pero las disposiciones de barras colectoras no. Mezclar dispositivos de diferentes marcas va en contra de los requisitos de los fabricantes y, en general, se debe evitar.
La elección de la unidad de consumo reflejará varios factores, como el tamaño y la distribución de la vivienda, el número de plantas, las dependencias, las cargas previstas (iluminación, enchufes, hornos, duchas, calentadores de inmersión, cargadores de automóviles, etc.) y cuánta protección se requiere para cada circuito.
La caja que se muestra en la imagen superior derecha es una "Wylex estándar" equipada con fusibles reconectables. Estas cajas también pueden equiparse con fusibles de cartucho o disyuntores miniatura (MCB). Este tipo de unidad de consumo fue muy popular en Gran Bretaña hasta 2001, cuando las regulaciones de cableado exigieron la protección con dispositivo de corriente residual (RCD) para los enchufes que "se podría esperar razonablemente" que suministraran equipos al aire libre ( BS 7671 :2001, ISBN 0-86341-373-0 ). Hubo varios diseños similares de otros fabricantes, pero los de Wylex son, con diferencia, los más habituales y los únicos para los que todavía se encuentran comúnmente portafusibles/disyuntores. [6]
Algunos fabricantes han añadido características innovadoras, como CPN Cudis , que ha añadido una tira de luz LED a su unidad de consumo "Lumo" para mejorar la visibilidad en lugares oscuros, como debajo de las escaleras. [7]
Desde la introducción de la 17.ª edición de las Regulaciones de cableado IET (BS 7671:2008 que incorpora la enmienda n.° 1: 2011), las unidades de consumo en el Reino Unido deben proporcionar protección RCD a todos los cables empotrados en las paredes, excepto los circuitos de alta integridad, como los de las alarmas antirrobo o las alarmas de humo.
Las unidades de consumo tienen diferentes métodos de protección de circuitos. Por ejemplo, una unidad de consumo de carga dividida dual se puede disponer en una vivienda de dos pisos de la siguiente manera:
1er distrito
Distrito Común 2
Al organizar los circuitos de esta manera, seguirá habiendo electricidad en uno de los pisos si solo se dispara un interruptor diferencial. Además, tener enchufes y luces en interruptores diferenciales alternativos significa que si una tetera defectuosa en la planta baja hace que se dispare ese interruptor diferencial, por ejemplo, las luces de la cocina seguirán funcionando, lo que evitará el peligro de investigar la falla en la oscuridad.
Otra forma de proteger los circuitos según la 17.ª edición de las Normas de cableado del IET es instalar un disyuntor diferencial con sobrecarga (RCBO) en cada circuito y, aunque esto es más costoso que la opción de RCD+MCB, significa que cualquier condición de falla en un circuito activa solo el RCBO de ese circuito, por lo que la búsqueda de la falla se acota desde el principio. Cuando se debe llamar a un electricista, esta falla localizada se puede resolver más rápido (y, por lo tanto, más barato) en contraste con la disposición de RCD+MCB, que solo indica una falla en algún lugar dentro del conjunto de circuitos de ese RCD.
Algunos sistemas más antiguos, como los que utilizan MK o antiguas unidades de consumo MEM que tenían un fusible por derivación, por ejemplo:
etc..
Todavía hay en servicio una pequeña cantidad de cajas de fusibles anteriores a 1950. Deben manejarse con precaución porque es común que estas cajas tengan partes activas expuestas. Las instalaciones que alimentan no cumplen con los estándares modernos de seguridad eléctrica . Otra característica de las instalaciones muy antiguas es que puede haber dos fusibles para cada circuito: uno en el conductor de corriente y otro en el neutro . En casos excepcionales, se pueden encontrar circuitos en anillo antiguos con no menos de 4 fusibles de 15 A por anillo, uno en cada uno de los polos L y N, y esto duplicado para cada una de las dos alimentaciones del anillo.
A pesar de la adopción de un riel DIN estándar para el montaje y una forma de corte estándar para interruptores aparentemente intercambiables, las posiciones de las conexiones de las barras colectoras y otras características no están estandarizadas. Cada fabricante tiene uno o más "sistemas", o tipos de paneles de interruptores, que solo son totalmente compatibles con interruptores de ese tipo. Estos conjuntos han sido probados y aprobados para su uso por una autoridad reconocida. Reemplazar o agregar equipos que "casualmente encajan" puede dar lugar a condiciones inesperadas o incluso peligrosas. Tales instalaciones no deben realizarse sin consultar primero fuentes expertas, incluidas las hojas de datos de los fabricantes.
Por razones de estética y seguridad, los paneles de disyuntores domésticos y las unidades de consumo normalmente se ubican en armarios apartados , áticos , garajes o sótanos , pero a veces también se incluyen como parte de los elementos estéticos de un edificio (como una instalación de arte, por ejemplo) o donde se pueda acceder a ellos fácilmente. Sin embargo, los códigos de construcción actuales de EE. UU. prohíben la instalación de un panel en un baño (o habitación similar), en armarios destinados a la ropa o donde no haya suficiente espacio para que un electricista acceda al panel. Situaciones específicas, como una instalación al aire libre, en un entorno peligroso o en otras ubicaciones fuera de lo común, pueden requerir equipo especializado y prácticas de instalación más estrictas.
Los tableros de distribución pueden estar diseñados para alimentación trifásica o monofásica y para alimentación normal o de emergencia, o pueden estar diseñados según su uso, como paneles de distribución para suministrar a otros paneles, paneles de iluminación para luces, paneles de alimentación para equipos y receptáculos y usos especiales. Los paneles están ubicados en todo el edificio en armarios eléctricos que dan servicio a una sección del edificio.
En un teatro, se utiliza un panel especial conocido como bastidor de dimmer para alimentar los instrumentos de iluminación del escenario. Un bastidor de dimmer de estilo estadounidense tiene una alimentación trifásica de 208Y/120 voltios. En lugar de solo disyuntores, el bastidor tiene un dimmer electrónico de estado sólido con su propio disyuntor para cada circuito del escenario. Esto se conoce como una disposición de dimmer por circuito . Los dimmers se dividen equitativamente entre las tres fases entrantes. En un bastidor de 96 dimmers, hay 32 dimmers en la fase A, 32 dimmers en la fase B y 32 en la fase C para distribuir la carga de iluminación lo más equitativamente posible. Además de la alimentación de energía del transformador de suministro en el edificio, un cable de control desde la mesa de iluminación lleva información a los dimmers en un protocolo de control como DMX-512 . La información incluye información del nivel de iluminación para cada canal, mediante el cual controla qué circuitos de dimmer se encienden y se apagan durante los cambios de iluminación del espectáculo (señales de luz) y durante qué tiempo de desvanecimiento.
Los cuadros de distribución pueden ser de montaje superficial o empotrados. La primera disposición permite modificar o añadir cableado más fácilmente en el futuro, pero la segunda disposición puede ser más prolija, en particular para una aplicación residencial. El otro problema de empotrar un cuadro de distribución en una pared es que, si la pared es sólida, es posible que haya que quitar muchos ladrillos o bloques; por este motivo, en general, los cuadros empotrados solo se instalan en proyectos de nueva construcción cuando se puede construir el espacio necesario en la pared.
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