3.4.2. Esquema unifilar

Principios fundamentales del esquema unifilar

El esquema unifilar es la representación gráfica simplificada de un circuito de potencia o distribución en la que todos los conductores asociados (fases, neutro y protección a tierra) se unifican en un único trazo continuo en el plano técnico. Este método de representación constituye el núcleo del diseño de los cuadros de distribución general (CGMP), subcuadros industriales y centros de control de motores (CCM) en los proyectos de baja tensión regulados por el Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión (REBT).

La principal ventaja del esquema unifilar radica en la **reducción drástica de la saturación visual** en el plano. En grandes plantas industriales o edificios comerciales, representar cada fase de forma independiente en un plano macroscópico (como lo haría un esquema multifilar) daría como resultado un enjambre incomprensible de líneas paralelas. El plano unifilar prioriza la claridad jerárquica de la instalación, permitiendo observar de un vistazo la secuencia de protección general, los calibres de corriente, las secciones nominales de los cables y el destino final de cada derivación o circuito secundario.

Método de simplificación e indicación de fases

Aunque en el plano unifilar se trace una única línea para representar una canalización o manguera de alimentación, es fundamental especificar de forma inequívoca el número exacto y la función de los conductores físicos reales que circulan por ella. Para lograr esto, se emplea una simbología compacta que utiliza trazos transversales u oblicuos dibujados sobre la propia línea:

• Conductor de Fase: Se representa mediante un trazo oblicuo sencillo cruzando la línea ($L_1$, $L_2$ o $L_3$). Un circuito trifásico de tres conductores de fuerza sin neutro se identificará con tres trazos oblicuos paralelos.
• Conductor Neutro: Se representa con un trazo transversal oblicuo o recto que incorpora un pequeño círculo relleno o vacío en su extremo libre (símbolo $N$).
• Conductor de Protección (Tierra): Se representa mediante un trazo transversal que finaliza en una barra perpendicular (símbolo en forma de T invertida o cruz plana, que representa el conductor de protección $PE$).

Además, al lado de cada tramo unifilar se añade una descripción textual normalizada que detalla la composición física del cable. Por ejemplo, la inscripción **$4 \times 16\text{ mm}^2 + \text{T-}16\text{ mm}^2\text{ Cu}$** o **$3\text{x}16\text{ mm}^2 + 1\text{x}16\text{ mm}^2\text{ N} + 1\text{x}16\text{ mm}^2\text{ PE}$** especifica un cable de cobre con tres fases de $16\text{ mm}^2$ de sección, un neutro de $16\text{ mm}^2$ y una tierra de $16\text{ mm}^2$, típicamente alojado bajo tubo protector o manguera armada tipo RZ1-K 0.6/1kV.

Estructura jerárquica y simbología compacta de protecciones

Un plano unifilar de un armario eléctrico se estructura siguiendo de arriba a abajo o de izquierda a derecha la trayectoria que sigue la energía eléctrica desde la fuente hasta los receptores. Esta jerarquía garantiza la selectividad de las protecciones y la seguridad del conjunto:

1. Acometida e Interruptor General Automático (IGA)

La energía accede al armario a través de la acometida principal de potencia. La primera protección física instalada aguas abajo de la entrada es el Interruptor General Automático (IGA). Su representación en el esquema unifilar consiste en un símbolo de disyuntor omnipolar simplificado con una indicación del número de polos actuadores (por ejemplo, un disyuntor trifásico se dibuja con un solo contacto de corte y la etiqueta explicativa **$3\text{P}$** o **$4\text{P}$** si corta el neutro). Al lado de este símbolo se especifican sus dos parámetros básicos obligatorios:

• Intensidad Nominal ($I_n$): Capacidad máxima de corriente continua que puede soportar el dispositivo sin dispararse (por ejemplo, 63 A).
• Poder de Corte ($I_{cu}$): Máxima corriente de cortocircuito capaz de interrumpir de forma segura en bornes de barra (por ejemplo, 10 kA o 15 kA).

2. Protector contra Sobretensiones (PCS)

Inmediatamente aguas abajo del IGA se representa el protector contra sobretensiones. Su símbolo unifilar consiste en un bloque de protección a tierra conectado en paralelo a las fases de alimentación principal. Se encargan de desviar a tierra picos transitorios de tensión producidos por descargas atmosféricas (rayos) o conmutaciones de red, así como picos permanentes debidos a pérdidas del conductor neutro de distribución.

3. Embarrado e Interruptores Diferenciales (ID)

La corriente se reparte por las barras de cobre principales (embarrado central) hacia los distintos Interruptores Diferenciales (ID). En el plano unifilar, el diferencial se dibuja de forma compacta mostrando el polo y el transformador toroidal de intensidad sumador. Se detalla su corriente nominal (ej. 40 A) y su corriente diferencial de disparo o sensibilidad, normalmente expresada como **$30\text{ mA}$** para protección de personas en tomas de corriente ordinarias y alumbrado, o **$300\text{ mA}$** (inmunizado o selectivo) para la protección de líneas que alimentan a variadores de frecuencia y motores.

4. Pequeños Interruptores Automáticos (PIA) de circuito

Por último, aguas abajo de los diferenciales se sitúan los magnetotérmicos de derivación individuales (PIAs). Su representación unifilar asocia de forma compacta el elemento térmico bimetálico (protección de sobrecargas) y el magnético (protección de cortocircuito) en una única simbología compacta para proteger a las líneas finales de salida del armario hacia los receptores.

El equilibrado de fases en la distribución unifilar

En instalaciones alimentadas con redes trifásicas tetrapolares ($3\text{F}+\text{N}$), uno de los aspectos críticos en el diseño de un plano unifilar es el **reparto equilibrado de las cargas monofásicas**. Cuando las cargas monofásicas auxiliares del armario (como fuentes de alimentación de control a 230 V CA, ventiladores, climatizadores y tomas de servicio auxiliares) se conectan al sistema, el proyectista debe evitar cargarlas todas sobre una misma fase.

Si las cargas están desequilibradas, las corrientes fasoriales de fase no se cancelarán entre sí, provocando que circule una **corriente de retorno por el conductor neutro común**. La intensidad de neutro resultante ($I_N$) para cargas resistivas monofásicas puras se calcula analíticamente mediante la suma de vectores desplazados 120° en el plano complejo:

Un desequilibrio excesivo no solo sobrecarga una sola fase de la acometida disminuyendo la potencia útil total contratada, sino que puede recalentar el conductor de neutro hasta provocar un incendio en el tendido eléctrico del cuadro o inducir tensiones peligrosas en las carcasas de protección.