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La selección de un interruptor de vacío (VCB) para un alimentador industrial de media tensión implica mucho más que hacer coincidir la tensión indicada en la placa de características. Uno de los pasos técnicamente más exigentes es la **coordinación del deber de TRV**: confirmar que la envolvente de tensión transitoria de restablecimiento a la que estará sometido el interruptor en servicio se encuentra dentro de los límites de esfuerzo que ha demostrado soportar en los ensayos. En equipos de clase 12 kV y 24 kV, cuyos alimentadores industriales suelen incluir motores, transformadores, cables y bancos de condensadores en distintas combinaciones, esta coordinación determina directamente si el interruptor interrumpe correctamente o falla de forma destructiva. Este artículo explica los fundamentos físicos, las normas aplicables, el método de selección y los errores más habituales al especificar VCB para aplicaciones industriales de 12 kV/24 kV.
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Cuando un interruptor interrumpe una corriente de defecto, el arco entre sus contactos no se extingue instantáneamente. En el paso natural de la corriente por cero, la rigidez dieléctrica del espacio entre contactos debe recuperarse más rápido de lo que aumenta la tensión entre los contactos abiertos. Esa tensión creciente posterior al arco es la tensión transitoria de restablecimiento (TRV). Si el pico de TRV es demasiado alto o su tasa de crecimiento (RRRV) demasiado pronunciada, se produce un reencendido y el interruptor no logra interrumpir la corriente.
En los interruptores de vacío, en particular, la separación entre contactos es pequeña y la recuperación dieléctrica depende de la rápida condensación del vapor metálico justo después del paso de la corriente por cero. Los interruptores de vacío se recuperan con gran rapidez, por lo que los VCB destacan al interrumpir TRV de alta frecuencia. Sin embargo, esta misma característica puede hacer que generen TRV pronunciadas al interrumpir cargas inductivas; por ello, al seleccionarlos se deben evaluar conjuntamente la generación y la capacidad de soportar la TRV.
En las clases de **12 kV** (normalmente hasta 12 kV de tensión del sistema) y **24 kV** (normalmente hasta 24 kV), los parámetros de TRV difieren sustancialmente porque la frecuencia de oscilación, el amortiguamiento y la impedancia de la fuente dependen de la configuración de la red. Un alimentador industrial de 12 kV que suministra a una barra de motores produce una envolvente de TRV muy distinta de la de un alimentador de 24 kV que alimenta un transformador de subestación. Estos casos deben tratarse como categorías de servicio distintas, no como un simple escalado de tensión.
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La norma aplicable a los interruptores de media tensión es **IEC 62271-100**, que abarca interruptores trifásicos de corriente alterna con tensión asignada superior a 1 kV y especifica métodos de ensayo de establecimiento e interrupción directa. Los métodos de ensayo sintético para el mismo equipo se recogen en el documento complementario **IEC 62271-101**. Los ingenieros que especifican VCB para alimentadores industriales deben conocer ambos documentos, ya que los informes de ensayos de tipo del fabricante pueden referirse a cualquiera de las dos metodologías y las condiciones asumidas para la fuente son distintas.
El documento actualmente vigente esIEC 62271-100:2021+AMD1:2024, la versión consolidada que incorpora la enmienda de 2024 y sus correcciones. No se trata de una actualización meramente administrativa: la enmienda de 2024 modificó las definiciones de los deberes de ensayo y los parámetros de la envolvente de TRV, lo que afecta a la forma en que los fabricantes presentan los resultados y los compradores los interpretan.
Uno de los cambios más relevantes en la práctica es que **la TRV asignada se ha eliminado como característica de placa**. IEC considera ahora la TRV un parámetro de ensayo, no un valor asignado declarado. Por tanto, el comprador no puede limitarse a leer un valor de TRV en la placa del interruptor y suponer que este es apto para cualquier sistema que produzca una TRV inferior. La selección debe distinguir entre el *deber del sistema* —la TRV que impondrá el alimentador industrial concreto— y las condiciones de ensayo documentadas en los informes de ensayos de tipo del fabricante. La coordinación de ambos constituye el núcleo técnico de la coordinación del deber de TRV para VCB de 12 kV/24 kV. Consulte la gama de productos VCB de media tensión para evaluar los equipos disponibles frente a las condiciones de servicio del proyecto antes de solicitar una configuración definitiva.
En la práctica, un estudio correcto del alimentador debe calcular los parámetros de TRV —tensión de pico (*u*c), tiempo hasta el pico (*t*p), RRRV y la envolvente de cuatro o dos parámetros, según el tipo de defecto— y compararlos con el informe de ensayos de tipo, no con un valor de placa que ya no existe en la norma.
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Para determinar el deber real de TRV que un alimentador industrial impone a un VCB se necesita un modelo de red que represente los elementos que contribuyen a la tensión oscilatoria posterior al arco. Los principales son:
**Inductancia de la fuente y reactancia de fuga del transformador.** La inductancia dominante entre el interruptor y la fuente del defecto determina la impedancia característica y la frecuencia de oscilación de la primera excursión de TRV. En un alimentador de 12 kV suministrado a través de un transformador de 33/12 kV, la reactancia de fuga del transformador, junto con la capacitancia de las barras, produce un aumento inicial muy pronunciado de la TRV, que puede superar los límites de los interruptores de servicio normal si el transformador es pequeño y el alimentador corto.
**Capacitancia de los cables.** Los cables subterráneos añaden una capacitancia en derivación significativa, que ralentiza la tasa inicial de crecimiento de la TRV (RRRV), pero aumenta la energía de oscilación. En general, esto resulta beneficioso: un alimentador con cables más largos suele producir una RRRV menos severa. Sin embargo, la capacitancia también puede generar reflexiones que complican la forma de la envolvente de TRV.
**Cargas de motores y generadores.** Las máquinas rotativas plantean un reto especial porque aportan a la corriente de defecto una componente de CA decreciente y, sobre todo, producen una componente de TRV asociada a sus reactancias subtransitorias y transitorias. En los alimentadores de motores de 12 kV, el factor del primer polo que interrumpe puede variar según la relación entre la impedancia del motor y la fuente, y algunas configuraciones producen picos de TRV inherentemente más altos de lo que sugeriría un defecto puramente resistivo-inductivo.
**Bancos de condensadores.** Los bancos de condensadores del alimentador o los equipos de corrección del factor de potencia añaden una trayectoria resonante en paralelo capaz de producir picos de TRV muy elevados con niveles bajos de defecto. En ocasiones, el deber más severo aparece con una corriente de defecto parcial, no máxima.
Los resultados del análisis de red deben expresarse mediante la envolvente IEC de cuatro parámetros: la tasa inicial de crecimiento (RRRV o *u*1/*t*1), el primer punto de referencia (*u*1, *t*1), el pico de TRV (*u*c) y el tiempo hasta el pico (*t*p). Estos cuatro valores definen la envolvente límite frente a la cual debe verificarse el rendimiento del interruptor en los ensayos de tipo.
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Una vez determinados los parámetros de TRV del sistema, el proceso de selección exige compararlos con el rendimiento cualificado del interruptor. Como la norma IEC vigente ya no incluye la TRV asignada como característica de placa, la comparación debe realizarse a partir del informe de ensayos de tipo. El ingeniero necesita el informe del fabricante para el tipo específico de VCB, ensayado a la tensión asignada pertinente, y debe confirmar lo siguiente. Para comprobar los datos asignados, compare estas condiciones con la referencia de datos nominales del VCB.
1. **Correspondencia de la clase de tensión.** Un tipo de interruptor ensayado a 12 kV (Um = 12 kV según IEC) no es directamente intercambiable con uno ensayado a 24 kV. Las condiciones del ensayo de TRV son distintas, y no se puede aplicar un interruptor de 12 kV a un sistema de tensión nominal de 24 kV limitándose a reducir el nivel de corriente de defecto.
2. **Correspondencia del deber de ensayo.** IEC 62271-100 define varios deberes de ensayo (T10, T30, T60, T100) correspondientes a fracciones de la corriente asignada de cortocircuito. La envolvente de TRV en T10 (10% de la corriente asignada) suele ser la más severa en términos de RRRV, aunque el nivel de corriente sea bajo. Los alimentadores industriales con una capacitancia de cable significativa pueden producir condiciones de TRV próximas al deber T10 incluso con niveles moderados de defecto. La selección debe confirmar que el interruptor ha superado ensayos de tipo T10 adecuados para las condiciones del sistema.
3. **Factor del primer polo que interrumpe.** En sistemas efectivamente puestos a tierra, el factor del primer polo que interrumpe (*k*pp) es 1.3 según las convenciones IEC. En sistemas aislados o puestos a tierra mediante resonancia, habituales en la industria europea y cada vez más en entornos de energía distribuida, el factor puede ser 1.5 o superior. No debe aplicarse directamente un VCB de 24 kV especificado para un sistema con puesta a tierra sólida a un sistema de neutro aislado sin volver a examinar los parámetros de TRV, ya que la tensión de pico que soporta el primer polo es considerablemente mayor.
4. **Deber de corriente asimétrica.** En puntos de defecto próximos, la componente de CC de la corriente de defecto puede ser significativa y el interruptor debe ensayarse para el deber de interrupción asimétrica (condiciones de ensayo con ángulo de fase «L90» o 90° en la nomenclatura IEC). Los alimentadores industriales próximos a equipos de generación o grandes motores síncronos suelen presentar una componente de CC elevada.
5. **Deber de defecto en línea corta.** En alimentadores conectados a líneas aéreas, incluso tramos cortos pueden imponer la exigente firma de TRV de defecto en línea corta (SLF), caracterizada por un crecimiento inicial triangular y muy pronunciado desde el lado de línea del interruptor. Los VCB de clase 24 kV para alimentadores industriales con líneas aéreas deben evaluarse frente a los resultados de ensayos de tipo SLF.
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En las especificaciones de VCB para alimentadores industriales se repiten varios errores sistemáticos. Comprenderlos evita costosas correcciones o, peor aún, fallos en servicio.
**Usar la tensión asignada como indicador de cualificación para TRV.** Antes de que las revisiones recientes de IEC eliminaran la TRV asignada como valor de placa, algunos ingenieros suponían que un interruptor de 12 kV estaba cualificado por definición para cualquier envolvente de TRV presente en un sistema de 12 kV. La norma vigente elimina expresamente este atajo. La TRV del sistema debe calcularse y compararse con los datos del informe de ensayos.
**Pasar por alto el caso de deber T10.** La mayoría de los estudios de TRV de alimentadores se centran en condiciones de corriente máxima de defecto, es decir, el deber T100. Sin embargo, en redes con capacitancia significativa e impedancia moderada de la fuente, el caso T10 (10% de la corriente asignada de cortocircuito) produce la RRRV más alta. Esta es la condición con mayor probabilidad de causar reencendido en un VCB seleccionado únicamente por su corriente asignada.
**Aplicar incorrectamente la reducción de capacidad para alimentadores por cable.** Algunos especificadores suponen que, como los cables añaden capacitancia y ralentizan la RRRV, cualquier alimentador por cable presenta necesariamente un deber de TRV poco exigente. No siempre es así. Los cables largos con reflexiones en las terminaciones o bancos de condensadores en paralelo pueden producir formas de onda de TRV complejas que superan la envolvente normalizada de dos parámetros y requieren un análisis de cuatro parámetros.
**Ignorar el efecto del material de los contactos del interruptor de vacío en la probabilidad de reencendido.** Los distintos diseños de VCB utilizan aleaciones diferentes en los contactos, que afectan tanto a la velocidad de recuperación dieléctrica como a la susceptibilidad al reencendido con RRRV elevada. Esto no se refleja en una simple comparación de tensión y corriente asignadas: está integrado en los resultados de ensayos de tipo y debe vincularse al diseño concreto del interruptor propuesto.
**Confundir las convenciones de TRV de IEC y ANSI/IEEE.** En proyectos industriales multinacionales, es habitual que un estudio de red norteamericano presente resultados de TRV en formato IEEE C37.09 mientras la especificación del interruptor hace referencia a IEC 62271-100. Ambas normas utilizan definiciones de envolvente, factores del primer polo que interrumpe y porcentajes de deber de ensayo distintos. La conversión no es sencilla, y una comparación numérica directa sin conversión puede dar una falsa impresión de conformidad. La guía de documentación de ensayos para solicitudes de oferta de VCB ayuda a definir qué registros deben incluirse en la oferta técnica y el expediente final.
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Las pruebas de aceptación en fábrica (FAT) de VCB destinados a alimentadores industriales normalmente no incluyen ensayos completos de tipo TRV; estos se realizan una vez por serie de diseño y se documentan en los informes de ensayos de tipo. Sin embargo, las pruebas FAT y de aceptación en sitio (SAT) son fundamentales para confirmar que las unidades suministradas corresponden al diseño sometido a ensayos de tipo. Consulte la lista de comprobación de aceptación FAT y SAT del VCB ofrece una estructura complementaria para los criterios de aceptación, los resultados y los registros de cierre.
Entre las comprobaciones FAT pertinentes para el rendimiento de TRV se incluyen mediciones de tiempos mecánicos (tiempos de cierre y apertura, y verificación de la separación de contactos), medición de la resistencia de contacto (relacionada con el desgaste y el estado superficial de los contactos), ensayos de tensión mínima de funcionamiento de la bobina de disparo y ensayos de rigidez dieléctrica. Las desviaciones respecto al diseño ensayado en cualquiera de estos parámetros pueden modificar la capacidad efectiva de la unidad de producción para soportar TRV frente al ejemplar de ensayo de tipo.
En los VCB de clase 24 kV, cuyo diseño de interruptor debe admitir una mayor separación de contactos y un esfuerzo dieléctrico superior al de una unidad de 12 kV, la consistencia de fabricación es especialmente importante. Una unidad de producción cuya separación de contactos sea inferior al mínimo especificado tendrá menor velocidad de recuperación dieléctrica y, en consecuencia, menor capacidad para soportar TRV, aunque supere un ensayo rutinario de tensión soportada a frecuencia industrial.
Los compradores que especifiquen VCB para alimentadores industriales críticos deben exigir que los protocolos FAT confirmen expresamente que los parámetros mecánicos y dieléctricos de la unidad coinciden con los del ejemplar ensayado dentro de las bandas de tolerancia definidas por el fabricante. Esta es la cadena de trazabilidad de fabricación que conecta la cualificación TRV de los ensayos de tipo con la unidad instalada en campo.
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En versiones anteriores de IEC 62271-100 aparecía un valor de TRV asignada en la placa del interruptor, lo que daba a entender que ese valor por sí solo cualificaba al interruptor para cualquier sistema cuya TRV fuese inferior. La norma IEC actual, consolidada como IEC 62271-100:2021+AMD1:2024, elimina completamente la TRV asignada de la placa y la reclasifica como parámetro de ensayo. Esto significa que la envolvente de TRV caracteriza ahora las condiciones en las que se realizó un ensayo de tipo, no constituye una garantía de rendimiento independiente. Para el especificador, la consecuencia es directa: los parámetros de TRV específicos del sistema, calculados mediante un estudio de red, deben compararse con las condiciones de TRV documentadas en los informes de ensayos de tipo del fabricante para el interruptor realmente ofertado. Ya no existe un atajo basado en la placa.
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El deber de ensayo T10 corresponde a la interrupción con el 10% de la corriente asignada de cortocircuito del interruptor. A este nivel de corriente reducido, la impedancia efectiva de la fuente es mayor y la TRV oscila a una frecuencia más alta, con una tasa inicial de crecimiento más pronunciada. En alimentadores industriales, especialmente los que tienen tramos largos de cable, una capacitancia en derivación significativa o bancos de condensadores cercanos, el nivel real de corriente de defecto al que se produce la RRRV más elevada puede aproximarse al intervalo del deber T10. Un VCB seleccionado únicamente por su corriente asignada de corte y su clase de tensión, sin verificar sus ensayos de tipo T10, puede no interrumpir defectos de corriente moderada precisamente porque la RRRV alcanza allí su valor máximo. Por ello, confirmar el cumplimiento de los ensayos de tipo T10 es un paso imprescindible en la coordinación del deber de TRV para VCB industriales de 12 kV/24 kV.
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El factor del primer polo que interrumpe (*k*pp) tiene en cuenta que, en un defecto trifásico, un polo interrumpe antes que los demás y la tensión soportada por ese primer polo aumenta respecto a la tensión fase-neutro. Para sistemas efectivamente puestos a tierra, las convenciones IEC asignan un *k*pp de 1.3; esto significa que el primer polo que interrumpe soporta un pico de TRV 1.3 veces mayor que el calculado mediante un análisis monofásico. En sistemas sin puesta a tierra (neutro aislado) o con puesta a tierra resonante, el factor aumenta a 1.5. Muchas redes industriales de distribución de 24 kV en Europa y Asia utilizan neutros aislados o puestos a tierra mediante resonancia para limitar la corriente de defecto a tierra y mantener la continuidad del suministro. Aplicar a un sistema de neutro aislado un VCB de 24 kV ensayado con el supuesto *k*pp = 1.3 sin volver a evaluar el pico de TRV introduce un margen insuficiente. Antes de iniciar la coordinación del deber de TRV hay que determinar el método de puesta a tierra del neutro, y las condiciones de ensayo de tipo del interruptor deben reflejar el *k*pp aplicable.
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Los motores se encuentran entre las cargas que más influyen en la TRV de las redes industriales de 12 kV porque actúan como fuentes de tensión inmediatamente después de interrumpirse un defecto. Cuando un VCB de alimentador despeja un defecto en una barra también conectada a motores en funcionamiento, estos siguen generando tensión durante un periodo determinado por sus constantes de tiempo subtransitorias y transitorias. La tensión generada por los motores se superpone a la tensión de recuperación del lado del sistema y crea una forma de onda de TRV con un pico posiblemente mayor y una forma más compleja que las envolventes de ensayo IEC normalizadas para una configuración simple de fuente-transformador-defecto. La severidad depende de la potencia agregada de los motores en MVA con respecto al nivel de defecto, la distancia eléctrica entre los motores y el interruptor, el factor de potencia del motor y su reactancia subtransitoria. En un alimentador industrial de 12 kV con una alta concentración de variadores de velocidad o grandes motores síncronos, el método adecuado para determinar el deber de TRV antes de finalizar la selección del VCB es una simulación transitoria detallada de la red, no un cálculo simplificado de impedancias.
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Traducir el análisis técnico de coordinación del deber de TRV en requisitos de adquisición exigibles es un paso que los ingenieros suelen subestimar. Es necesario especificar que el «VCB debe cumplir IEC 62271-100:2021», pero no es suficiente. La especificación también debe exigir:
Para VCB de 24 kV aplicados en redes industriales con neutro aislado, la especificación también debe indicar el factor aplicable del primer polo que interrumpe y exigir al fabricante que confirme que las condiciones de TRV de los ensayos de tipo eran coherentes con dicho factor.
Estos requisitos no son excesivos: reflejan el estado actual de IEC 62271-100:2021+AMD1:2024, que atribuye al especificador la responsabilidad de verificar el deber del sistema en lugar de ofrecer una TRV asignada en la placa como indicador indirecto. Quienes comprendan este cambio redactarán mejores especificaciones, recibirán ofertas con mayor fundamento técnico y, en última instancia, instalarán VCB que funcionen de forma fiable durante toda su vida útil en alimentadores industriales de 12 kV y 24 kV.
