1.4.4. Ejemplos de cuadros eléctricos

Clasificación Práctica de los Cuadros Eléctricos

La tipología y el diseño interno de un cuadro eléctrico dependen de su ubicación física, de la potencia de diseño que deba gestionar y del tipo de receptores finales que se conecten a sus salidas. En la práctica técnico-profesional de la electricidad de baja tensión, el operario debe dominar la instalación, cableado e inspección de diferentes ejemplos representativos de cuadros. Cada una de estas configuraciones cuenta con particularidades normativas exigidas por el Reglamento Electrotécnico para Baja Tensión (REBT) en España, lo que condiciona la distribución física de sus protecciones modulares y la aparamenta asociada.

En esta unidad didáctica, analizaremos de manera detallada cuatro ejemplos prácticos y reales de envolventes de uso generalizado: el Cuadro General de Mando y Protección (CGMP) de una vivienda residencial estándar con electrificación básica o elevada, un cuadro de intemperie destinado al control y alimentación de redes de alumbrado público, un cuadro de distribución principal para locales de pública concurrencia (LPC) que incorpora sistemas de alimentación auxiliar de emergencia, y finalmente, un armario industrial de automatización y control de motores provisto de controladores lógicos programables (PLC), contactores y convertidores estáticos de frecuencia (variadores).

El estudio comparativo de estos ejemplos permitirá comprender cómo varían las necesidades de refrigeración por aire forzado, los índices de protección IP/IK mínimos exigibles en función del ambiente de montaje y la correcta organización física de los perfiles metálicos y canaletas para lograr un conexionado óptimo y profesional en taller o campo.

Cuatro Casos de Estudio en el Sector Eléctrico

1. Cuadro General de una Vivienda Residencial (CGMP)

El CGMP residencial representa la tipología más habitual de baja potencia ($230\text{ V}$ monofásico). Se aloja en una envolvente plástica empotrada autoextinguible (grado de protección IP30 mínimo e IK07). Se estructura en una única fila o carril DIN de cabecera que contiene: un Interruptor General Automático (IGA) de 25 A o 40 A, un protector contra sobretensiones transitorias y permanentes, un interruptor diferencial general de $30\text{ mA}$ (Clase AC o inmunizado Clase A), y los Pequeños Interruptores Automáticos (PIA) de salida para los diferentes circuitos normalizados por la ITC-BT-25: C1 (iluminación, 10A), C2 (tomas de corriente de uso general y frigorífico, 16A), C3 (cocina y horno, 25A), C4 (lavadora, lavavajillas y termo, 20A) y C5 (tomas de baño y cocina, 16A).

2. Cuadro de Alumbrado Público (Intemperie)

Ubicado al aire libre en vía pública, este cuadro exige una envolvente de poliéster reforzado con fibra de vidrio con grados de protección elevados (IP55 e IK10). Recibe acometida trifásica ($400\text{ V}$) y su estructura está segregada en dos secciones principales. La primera sección es de medida y cabecera, albergando el contador de energía y fusibles de protección general. La segunda sección contiene el sistema de mando y distribución: un interruptor horario astronómico digital encargado de activar las salidas al anochecer de forma automatizada, contactores de potencia para la conmutación física de las fases, y protecciones diferenciales provistas de sistemas de reconexión automática (rearmadores de motor). Estos últimos son críticos para evitar que transitorios de lluvia corten el alumbrado de forma permanente.

En el caso del armario industrial, el técnico debe prestar especial atención al tendido de cables de control de bajo voltaje ($24\text{ V}$) y al tendido de cables de señal de comunicación (Ethernet, Profinet o Modbus) los cuales deben discurrir por canaletas plásticas separadas de las líneas trifásicas de potencia de $400\text{ V}$ para anular el acoplamiento electromagnético y posibles fallos lógicos.

El Cuadro de Automatización: Disipación y Disposición

En el armario de automatización industrial, el variador de frecuencia y las fuentes de alimentación representan los puntos calientes críticos. Un variador de frecuencia disipa en promedio alrededor del 3% de su potencia nominal total en forma de pérdidas por calor en sus transistores de conmutación IGBT. Por ejemplo, en un variador de $11\text{ kW}$, la disipación térmica es de aproximadamente $330\text{ W}$ constantes bajo plena carga.

Esta cantidad de calor no puede evacuarse de forma pasiva a través de las paredes metálicas de un cofre cerrado pequeño, por lo que es obligatorio instalar un extractor de aire con filtro en la zona superior y una rejilla de entrada de aire fresco con filtro en la zona inferior. De esta forma, se genera un flujo de aire forzado continuo que retira el calor generado y mantiene la temperatura interna del autómata PLC por debajo de su límite térmico operativo, fijado habitualmente en $55\text{ ºC}$.

# Script para calcular el ancho total ocupado por componentes modulares

# en milímetros en un carril DIN de longitud estándar dada.

def verificar_espacio_carril_din(longitud_carril_mm, componentes):

    # Anchos estándar en mm por módulo DIN (1 módulo = 18 mm)

    ancho_modulo = 18.0

    

    ancho_total_componentes_mm = 0

    for comp, cantidad in componentes.items():

        # Componentes definidos en número de módulos DIN

        if comp == "PIA_1P":

            ancho_total_componentes_mm += cantidad * 1 * ancho_modulo

        elif comp == "PIA_2P_o_ID_2P":

            ancho_total_componentes_mm += cantidad * 2 * ancho_modulo

        elif comp == "IGA_3P_4P_o_ID_4P":

            ancho_total_componentes_mm += cantidad * 4 * ancho_modulo

        elif comp == "contactor_modular":

            ancho_total_componentes_mm += cantidad * 2 * ancho_modulo

        elif comp == "borne_conexion":

            # Bornes individuales (aprox. 6 mm cada uno)

            ancho_total_componentes_mm += cantidad * 6.0

            

    # Dejar un margen de seguridad libre mínimo del 25% para ventilación y ampliaciones

    longitud_util_recomendada = longitud_carril_mm * 0.75

    cubre_espacio = ancho_total_componentes_mm <= longitud_util_recomendada

    

    return ancho_total_componentes_mm, longitud_util_recomendada, cubre_espacio



# Definición del armario: Carril DIN de 600 mm de ancho

carril_largo = 600.0

aparamenta_ejemplo = {

    "IGA_3P_4P_o_ID_4P": 2,  # IGA general trifásico + Diferencial trifásico

    "PIA_2P_o_ID_2P": 5,     # 5 PIAs bipolares para control y climatizadores

    "contactor_modular": 4,  # 4 contactores para motores de salidas

    "borne_conexion": 20     # 20 bornes de terminales de conexión a bornas

}



ancho_total, limite, cumple = verificar_espacio_carril_din(carril_largo, aparamenta_ejemplo)



print(f"--- ANALIZADOR DE OCUPACIÓN DE CARRIL DIN ---")

print(f"Longitud física del carril DIN: {carril_largo} mm")

print(f"Ancho total ocupado por aparamenta: {ancho_total} mm")

print(f"Límite máximo recomendado con reserva (75%): {limite} mm")

if cumple:

    print(f"Resultado: CUMPLE. Queda espacio suficiente para ampliaciones futuras.")

else:

    print(f"Resultado: ALERTA - Sobrecarga de espacio. Se requiere carril DIN de mayor longitud.")