La Elección de Tableros de Distribución para Medio Voltaje: ¿Metal-Clad o Metal-Enclosed?

Primera de tres partes…(Marzo 2007)

Once celdas de tableros de distribución tipo metal-enclosed garantizan un alto nivel de continuidad de energía en las cargas críticas de una instalación comercial de gran tamaño. El tablero de distribución con barra partida y selectivo de primario incluye los más modernos controles de estado sólido y cuenta con transferencia de fuente en dos vías con un interruptor para enlace de barra, lo que hace posible la transferencia automática entre dos líneas de la empresa suministradora y un generador de respaldo.   

Tome en cuenta el mantenimiento y también el costo al elegir tableros de distribución con fusibles e interruptores (metal-enclosed) o con interruptores automáticos y relevadores (metal-clad).

Existen dos tipos de tableros de distribución que actualmente se aplican para seccionamiento y protección de los sistemas de distribución eléctrica en medio voltaje (4.16 kV hasta 34.5 kV) en plantas industriales. Uno lo son los tableros de distribución tipo metal-clad que utilizan interruptores automáticos magnéticos en aire o en vacío extraíbles y relevadores tanto para conmutación de carga como para protección contra fallas. El otro, son los tableros de distribución tipo metal-enclosed que utilizan seccionadores interruptores para la conmutación de carga y fusibles de potencia para la protección contra fallas. Es necesario tener cierto entendimiento de los principios de aplicación y operación de ambos tipos de equipo para elegir con objetividad el equipo que permita el diseño Óptimo de los sistemas en plantas industriales.    

            Las tres funciones básicas de los tableros de distribución en un sistema de distribución de medio voltaje industrial, comercial o institucional son:

Para garantizar que cada una de las funciones se haya tomado en cuenta adecuadamente en relación al diseño del sistema así como de la operación de la planta, se debe explorar una serie de cuestiones relevantes – incluyendo la facilidad de mantenimiento, el número de interrupciones de energía, reconexión, disponibilidad de personal especializado y análisis de costo-beneficio. Los siguientes planteamientos ofrecen algunas informaciones básicas recopiladas en el campo y que deben tomarse en cuenta.

¿Cuántos cortes son permisibles por razones de mantenimiento?
Los tableros de distribución tipo metal-clad contienen interruptores automáticos extraíbles, los cuales son retirados para realizar el mantenimiento necesario programado; al retirar un interruptor automático se interrumpe su carga. Los tableros de distribución tipo metal-clad también contienen una barra colectora aislada la cual, cuando se prueba periódicamente, requiere que el equipo se desactive.   
            Los tableros de distribución tipo metal-enclosed vienen con seccionadores interruptores y fusibles que no necesitan mantenimiento programado, y la barra colectora con aislamiento en aire no necesita pruebas dieléctricas periódicas. Su mantenimiento anual normalmente implica poco más que una inspección visual a través de las mirillas del equipo. Estos tableros de distribución se deben considerar muy seriamente si, por las operaciones de la planta, sólo se pueden tolerar interrupciones poco frecuentes.

¿Qué cantidad de carga será interrumpida por razones de protección contra falla o trabajos de mantenimiento?
Es de vital importancia planificar la protección del sistema de tal manera que el aislamiento de las fallas dé lugar únicamente a la desenergización del segmento que tiene falla, permitiendo con ello el servicio continuo para las demás cargas. Además, existen muchas otras razones por las que se sacan de servicio segmentos del sistema de distribución – por ejemplo, para agregar transformadores, probar los cables o hasta para modificar los circuitos para adaptarlos a las ampliaciones de la planta. Para estas ocasiones se debe proporcionar una cantidad suficiente de puntos de seccionamiento de la carga para permitir que la conmutación selectiva reduzca al mínimo el número de cargas que se interrumpan.

Los interruptores automáticos se utilizan en las aplicaciones que necesitan una capacidad muy alta de conducción de corriente continua y de interrupción de carga (más de 720 A). Mientras que esta capacidad puede ser una ventaja en algunos casos, con frecuencia se puede lograr un mayor nivel de continuidad en el servicio con fusibles de potencia menos costosos subdividiendo el sistema en una cantidad mayor de segmentos individuales, con el resultado de que el seccionamiento de la carga y la interrupción de fallas en un segmento del sistema afectará a menos cargas (ver Fig. 1). Un mayor grado de segmentación también permite el uso de transformadores más pequeños ubicados estratégicamente a lo largo del sistema, eliminando la necesidad de tener los conductores secundarios innecesariamente largos y de alta ampacidad que se necesitan cuando se utilizan menos transformadores, de menor tamaño y con más espacio entre uno y otro.

Fig. 1. La segmentación de la carga de una planta en pequeños bloques alimentados por varios circuitos radiales garantiza un alto nivel de continuidad de energía y flexibilidad operativa. El sistema de distribución para una planta industrial, que se describe a la izquierda, somete a todas las cargas a interrupciones para despejar fallas o hacer maniobras de mantenimiento en cualquiera de las cargas. El esquema segmentado de la derecha utiliza la misma cantidad de cable para alimentar las cargas y su costo del tablero de distribución es aproximadamente igual – pero hace posible una mejor confiabilidad del servicio.