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Los interruptores de vacío han alcanzado una posición predominante en las redes de distribución de media tensión gracias a su diseño compacto, sus reducidas necesidades de mantenimiento y su fiable capacidad para extinguir el arco. Sin embargo, una operación concreta —la **conmutación de la corriente de carga de cables con VCB**— sigue siendo motivo de preocupación para los ingenieros y suele subestimarse durante el diseño del sistema. Cuando un VCB interrumpe la pequeña corriente capacitiva que toma un cable sin carga, la rápida recuperación de tensión en el interruptor de vacío puede interactuar con la capacitancia del cable y generar sobretensiones peligrosas; en el peor de los casos, se producen reencendidos repetidos del arco que someten a esfuerzos tanto al interruptor como a los equipos conectados.
Este artículo examina los mecanismos físicos del reencendido, la clasificación que determina la idoneidad de los VCB para cargas capacitivas, las estrategias de control de sobretensiones disponibles para los diseñadores y los factores específicos de cada emplazamiento que determinan qué combinación de medidas conviene a una instalación.
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Cuando un VCB se abre con un cable sin carga, interrumpe una carga puramente capacitiva. La corriente es pequeña —a menudo, de solo unas decenas de amperios—, pero su relación de fase con la tensión del sistema crea una condición potencialmente peligrosa después de la interrupción. En el instante del paso de la corriente por cero, que el interruptor de vacío aprovecha para extinguir el arco, la tensión del cable alcanza o se aproxima a su valor máximo. Sin embargo, la tensión del lado de la fuente sigue oscilando a la frecuencia del sistema.
Durante el siguiente medio ciclo a la interrupción, la tensión de la fuente alcanza el pico de polaridad opuesta. Por tanto, la tensión entre los contactos abiertos es aproximadamente el doble del valor máximo de la tensión del sistema. Si el interruptor de vacío no soporta esta tensión transitoria de recuperación (TRV), el entrehierro vuelve a perforarse: se produce un **reencendido del arco (restrike)**. Cada reencendido inyecta en el cable un impulso de corriente de alta frecuencia y, cuando dicho impulso vuelve a interrumpirse, puede provocar una escalada de tensión, a veces denominada multiplicación de tensión o sobretensión por reencendido. En casos graves, los reencendidos sucesivos pueden elevar la tensión fase-tierra a varias veces el pico nominal y poner en riesgo el aislamiento de los cables, los descargadores de sobretensión, los transformadores y los motores conectados aguas abajo.
La probabilidad de reencendido depende de la relación entre la velocidad de recuperación de la rigidez dieléctrica (RRDRS) del interruptor de vacío y la velocidad de crecimiento de la TRV. La tecnología de vacío ofrece una RRDRS muy elevada —una de sus principales ventajas frente al SF₆ en este contexto—, pero esta ventaja no es incondicional. La probabilidad de reencendido también depende del material de los contactos, su velocidad de separación, el historial previo de arco y la magnitud de la tensión de recuperación prevista.
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La norma IEC 62271-100 introdujo un método estructurado para caracterizar la idoneidad de un interruptor automático para operaciones de conmutación capacitiva. Define dos clases:
La guía técnica de Schneider Electric aclara que la clasificación C1 o C2 se refiere a la baja probabilidad de reencendido durante la interrupción de corriente capacitiva, demostrada mediante ensayos de tipo, mientras que las condiciones reales dependen de la tensión y de la aplicación en cada instalación (FAQ Schneider FA352797). Este punto es importante en la práctica: un VCB de clase C2 ofrece un nivel de garantía superior al de un equipo C1, pero las condiciones del ensayo de tipo quizá no reproduzcan todas las combinaciones de longitud de cable, impedancia del sistema y tensión de servicio que se dan en campo. La clasificación es un punto de partida necesario, pero no garantiza que puedan omitirse otras medidas de protección.
Al especificar un VCB para operaciones frecuentes de energización y desenergización de cables, los diseñadores deben confirmar la clase aplicable, comprobar que la corriente capacitiva asignada supera la corriente real de carga del cable y evaluar si conviene añadir control de sobretensiones según las características de la instalación.
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La longitud del cable es una de las variables más influyentes en la evaluación del riesgo de reencendido, ya que determina directamente la carga capacitiva almacenada en el alimentador. Un ramal corto de 200 metros presenta un servicio muy distinto al de una línea subterránea de varios kilómetros. Los cables más largos almacenan más carga, por lo que la energía inyectada en el sistema durante un reencendido es mayor y aumenta en consecuencia el potencial de escalada de tensión.
Además de la longitud total, importa el tipo de cable. Los cables aislados con polietileno reticulado (XLPE) tienen una capacitancia por unidad de longitud menor que los antiguos diseños con aislamiento de papel y cubierta de plomo, pero las redes en expansión utilizan tramos de cables XLPE cada vez más largos. La presencia de varias secciones de cable en paralelo —habitual en redes en anillo o malladas— multiplica la capacitancia efectiva que ve el dispositivo de conmutación.
La documentación de ingeniería de Schneider para el interruptor de media tensión EvoPacT señala expresamente que la capacitancia de los cables largos puede afectar al comportamiento de la protección contra sobretensiones y que los sistemas complejos de media tensión pueden requerir un estudio detallado de sobretensiones y la instalación de una red RC, cuyo diseño concreto debe basarse en el análisis del sistema (Guía del usuario de Schneider EvoPacT). Esta recomendación refleja una realidad importante de ingeniería: no existe una solución universal de control de sobretensiones. La guía del usuario de Schneider Electric EvoPacT es la fuente principal del requisito específico del producto indicado aquí.
Del mismo modo, la guía de aplicación de ABB para la selección de dispositivos de maniobra de media tensión confirma que, en algunas circunstancias, la maniobra de líneas aéreas y alimentadores de cable con interruptores de vacío puede requerir medidas para limitar las sobretensiones (Guía de aplicación de dispositivos de maniobra de media tensión de ABB, 1VGA671056). La precisión «en algunas circunstancias» es deliberada: la necesidad de protección adicional depende de la aplicación, y muchas maniobras habituales no presentan problemas prácticos cuando se selecciona un VCB C2 con valores nominales adecuados. Los casos límite —alimentadores largos, maniobras frecuentes y equipos terminales sensibles— requieren más atención. Para conocer las opciones de equipos y configuración, compare las condiciones del proyecto con la gama de productos VCB de media tensión.
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Existen varias medidas para controlar las sobretensiones asociadas a la conmutación de la corriente de carga de cables con VCB. Cada una tiene un mecanismo y una relación coste-beneficio distintos.
**Redes RC de amortiguamiento (snubbers)**
Una red RC conectada entre los terminales del VCB incorpora un elemento resistivo que amortigua las oscilaciones de alta frecuencia que siguen a la interrupción. La resistencia limita la amplitud de la corriente de reencendido y reduce el pico de cualquier sobretensión posterior. El condensador proporciona un trayecto de baja impedancia para el transitorio de alta frecuencia e impide que se propague a la red aguas arriba. Las redes RC se utilizan ampliamente en maniobras de motores y también son adecuadas para maniobras de cables, sobre todo cuando los cables largos presentan valores elevados de capacitancia que, de otro modo, podrían superar la capacidad de absorción de energía del descargador. La selección de los valores RC depende del sistema y requiere conocer la capacitancia del cable, la inductancia de la fuente y la frecuencia del modo oscilatorio dominante.
**Descargadores de sobretensión de óxido metálico (MOSA)**
Los descargadores limitan la sobretensión conduciendo corriente cuando la tensión en sus terminales supera su nivel de protección. En aplicaciones de maniobra de cables, suelen instalarse en el terminal del cable y en las barras del lado de carga del interruptor. Su eficacia depende de su capacidad de absorción de energía: un reencendido inyecta un impulso considerable de energía de alta frecuencia, y un descargador de tamaño insuficiente puede superar su clase de energía asignada y sufrir embalamiento térmico. Si se utilizan tanto redes RC como descargadores, se reduce la carga de estos últimos porque la red RC limita la amplitud inicial de la sobretensión. Antes de la aceptación, contraste las condiciones de servicio y los datos de placa con la referencia de datos nominales del VCB antes de la aceptación.
**Resistencias de preinserción**
Las resistencias de preinserción (PIR) se utilizan principalmente para limitar los transitorios de energización en la maniobra de baterías de condensadores, pero existe un principio análogo para la maniobra de cables. Al insertar brevemente una resistencia durante la carrera de cierre, se amortiguan la corriente de irrupción y el transitorio de tensión asociado. Para desenergizar, resulta más pertinente el enfoque equivalente —la apertura controlada—: algunos VCB modernos incorporan capacidad de maniobra en el punto de onda (POW), que sincroniza la separación de los contactos con el punto óptimo de la forma de onda de corriente para reducir la severidad de la TRV. Si una orden o el resultado del mecanismo es anómalo, consulte la guía de solución de problemas de cierre y apertura del VCB.
**Maniobra controlada (en el punto de onda)**
Los controladores de maniobra controlada retrasan o adelantan el funcionamiento mecánico del VCB para que los contactos se separen en un ángulo de fase que minimice la TRV posterior. En la maniobra de cargas capacitivas, esto suele consistir en hacer que los contactos se separen cerca del paso de la corriente por cero, cuando las tensiones del lado de la fuente y del lado de la carga mantienen una relación favorable. La maniobra controlada es una técnica avanzada que requiere un controlador fiable y una puesta en servicio cuidadosa, pero puede reducir sustancialmente la probabilidad de reencendido sin modificar el hardware del VCB.
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Un proceso de evaluación estructurado reduce tanto el riesgo de sobredimensionar la ingeniería (añadir protección innecesaria y costosa) como el de proteger insuficientemente un sistema en el que los reencendidos podrían dañar equipos o provocar interrupciones. Los pasos siguientes describen un procedimiento práctico.
**Paso 1 — Caracterice el cable.**
Determine la longitud total y el tipo de cable, su capacitancia por unidad de longitud y cualquier trayectoria en paralelo. Calcule la corriente total trifásica de carga a la tensión de servicio y compárela con la corriente asignada de conmutación capacitiva del VCB.
**Paso 2 — Confirme la clase del VCB.**
Verifique que el VCB seleccionado tenga una clasificación C1 o C2 según IEC 62271-100 y que su corriente asignada de conmutación capacitiva supere la corriente de carga calculada del cable con un margen adecuado. Para cables largos o aplicaciones con maniobras frecuentes, suele preferirse la clase C2.
**Paso 3 — Evalúe la impedancia del sistema y la TRV.**
Utilice los datos de la red para calcular el pico y la velocidad de crecimiento de la TRV. Compárelos con la capacidad asignada del VCB para soportar la TRV. Si la TRV está dominada por la reactancia del transformador y un cable largo, su perfil puede ser más severo que la forma de onda del ensayo estándar.
**Paso 4 — Evalúe la sensibilidad de los equipos aguas abajo.**
Las máquinas rotativas, los accionamientos electrónicos de potencia y los sistemas de aislamiento de cables antiguos son más sensibles a los transitorios de sobretensión que los transformadores modernos de tipo seco. Identifique las cargas sensibles y sus niveles previstos de tensión soportada.
**Paso 5 — Realice un estudio de sobretensiones para sistemas complejos.**
Como destaca la documentación técnica de Schneider, los sistemas complejos de media tensión justifican un estudio formal de sobretensiones mediante simulación de transitorios electromagnéticos (EMTP o equivalente). El estudio debe modelar los parámetros distribuidos del cable, la característica de reencendido del VCB y los dispositivos de protección contra sobretensiones existentes.
**Paso 6 — Seleccione y diseñe las medidas de control de sobretensiones.**
A partir de los resultados del estudio, especifique descargadores de sobretensión (con la clase de energía verificada), redes RC (con los valores calculados de R y C) o maniobra controlada. Confirme que la combinación satisface los requisitos de tensión soportada del equipo conectado más sensible.
**Paso 7 — Especifique los requisitos de ensayo y puesta en servicio.**
Siempre que se instalen redes RC o controladores de maniobra controlada, incluya requisitos para los ensayos de aceptación en fábrica (FAT) y en las instalaciones (SAT), a fin de verificar el funcionamiento correcto antes de energizar. El documento lista de comprobación de pruebas de aceptación del VCB ofrece una estructura complementaria para los criterios de aceptación, los resultados y los registros de cierre.
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Tanto la reignición como el reencendido (restrike) se refieren al restablecimiento del arco después del paso de la corriente por cero, pero IEC 62271-100 los distingue por el momento en que se producen. La reignición ocurre durante el primer cuarto de ciclo después de interrumpir la corriente (menos de aproximadamente 5 milisegundos a 50 Hz), mientras que el reencendido (restrike) se produce después de ese intervalo. En la conmutación de la corriente de carga de cables con VCB, los reencendidos son más preocupantes porque ocurren cuando la tensión entre los contactos ha alcanzado o casi alcanzado la tensión plena de recuperación. Por ello, la energía disponible para mantener el arco y generar sobretensión al interrumpirlo es máxima. Las reigniciones también son indeseables, pero implican tensiones de recuperación menores y suelen producir transitorios menos severos.
La clasificación C2 según IEC 62271-100 significa que el interruptor automático ha demostrado una probabilidad muy baja de reencendido al interrumpir corrientes capacitivas mediante una serie prescrita de ensayos de tipo. Representa un nivel de exigencia superior al de la clase C1. En las aplicaciones de maniobra de cables, la clasificación C2 importa porque los alimentadores de cable sin carga constituyen una carga puramente capacitiva y la TRV después de la interrupción puede superar el doble del pico de tensión del sistema. Los ensayos normalizados han validado que un VCB C2 mantiene la rigidez dieléctrica bajo esos esfuerzos. Como indica la guía técnica de Schneider, las condiciones reales dependen de la tensión y de la aplicación concreta; por tanto, la clase C2 es un fuerte indicador de idoneidad, pero no elimina la necesidad de evaluar específicamente los sistemas complejos en cada emplazamiento.
Una red RC de amortiguamiento —a veces denominada snubber— consta de una resistencia y un condensador conectados en serie, en paralelo con los terminales del VCB del lado de carga o en el punto de entrada del cable. Cumple dos funciones. En primer lugar, la resistencia amortigua la corriente oscilatoria de alta frecuencia que circula durante un reencendido, reduce la amplitud de los picos de tensión sucesivos y limita la energía disponible para intensificar aún más las sobretensiones. En segundo lugar, el condensador proporciona un trayecto paralelo de baja impedancia para el transitorio y desvía eficazmente la energía de alta frecuencia de los aislamientos sensibles del cable y de los equipos terminales. La documentación de Schneider para EvoPacT señala expresamente la red RC como medida recomendada para sistemas complejos de media tensión en los que la capacitancia de cables largos afecta al comportamiento de la protección contra sobretensiones; los valores concretos de los componentes se determinan mediante el análisis del sistema, no a partir de un valor estándar fijo.
La magnitud de la corriente de carga del cable determina si está dentro de la capacidad asignada del VCB para conmutación capacitiva. IEC 62271-100 especifica los valores asignados de corriente de conmutación capacitiva (en amperios) que el interruptor debe interrumpir sin superar los límites de probabilidad de reencendido de su clase. Si la corriente de carga calculada del cable supera el valor asignado, el VCB funciona fuera del régimen validado y el riesgo de reencendido no está cuantificado. En la práctica, la mayoría de los cables de media tensión de longitud moderada presentan corrientes de carga dentro de la capacidad asignada de los VCB estándar, pero los alimentadores muy largos o los sistemas de cables en paralelo pueden acercarse al límite o superarlo. Calcular pronto la corriente de carga y verificarla frente al valor de placa del VCB es un paso fundamental del proceso de diseño.
Si un estudio de simulación de transitorios muestra que el pico o la velocidad de crecimiento de la TRV supera la capacidad asignada del VCB, o que las sobretensiones resultantes en los cables exceden el nivel soportado por los equipos conectados, el diseñador dispone de varias opciones correctivas. Las principales, aplicables por separado o en combinación, son: elegir un VCB con un valor asignado de TRV superior o con clasificación C2 si inicialmente se especificó una clase inferior; instalar descargadores de sobretensión de óxido metálico con una clase de energía verificada en el terminal del cable y en las barras del interruptor; añadir una red RC de amortiguamiento dimensionada para reducir la amplitud de la oscilación dominante; e implementar maniobra controlada (en el punto de onda) para minimizar la TRV en el instante de separación de los contactos. La guía de aplicación de ABB para maniobras de media tensión confirma que, en determinadas circunstancias, se justifican medidas para limitar las sobretensiones al maniobrar alimentadores de cable. Esto refuerza que la combinación adecuada depende siempre de la aplicación concreta y no puede prescribirse universalmente.
