Cajas de distribución

1.6 Cajas de distribución

Las cajas de distribución son puntos de convergencia y bifurcación en redes de baja tensión donde la energía se redistribuye desde alimentadores primarios hacia circuitos secundarios de menor sección. Actúan como nodos de control, permitiendo seccionamiento selectivo de diferentes zonas de la red y facilitando el diagnóstico y aislamiento de fallos. Su correcta especificación, ubicación y mantenimiento es crucial para garantizar eficiencia operativa, seguridad de usuarios y personal de mantenimiento, y continuidad de suministro. En proyectos de alumbrado público y distribución secundaria, las cajas de distribución aparecen típicamente cada 400-600 metros en zona urbana, marcando el inicio de nuevos circuitos ramales.

Funciones y elementos principales de una caja de distribución

La caja de distribución cumple múltiples funciones simultáneamente. Primero, es punto de cambio de calibre de conductor: el circuito primario entrante (típicamente 4G×25 o 4G×35 mm²) se conecta a barras de cobre o aluminio de gran sección dentro de la caja, desde donde derivan varios circuitos secundarios (4G×10 o 4G×16 mm² típicamente). Segundo, es punto de seccionamiento: cada circuito secundario tiene un interruptor independiente, permitiendo desconectar una rama sin afectar el resto de la red. Tercero, es punto de protección: cada rama secundaria tiene fusibles o interruptor automático dimensionado para la corriente máxima de esa rama, activándose ante cortocircuitos antes de que el daño se extienda a la red primaria.

Cuarto, es acceso para inspección y mantenimiento: técnicos de distribución acceden a la caja para medir tensiones, intensidades, aislamiento de conductores, y ejecutar operaciones de seccionamiento. Por esta razón, la caja debe contener elementos de seguridad (mangos aislantes, puertas con cierre de seguridad, placas de advertencia). Quinto, es nodo de conexión aterramiento: la caja está equipada con barra de tierra donde se conectan conductores de protección (verde-amarillo) de todos los circuitos, garantizando que el potencial de tierra de toda la instalación es único.

Tipos de cajas según ubicación y tecnología

Las cajas pueden ser aéreas o subterráneas. Las cajas aéreas se montan directamente sobre un apoyo (poste, torre) a una altura accesible para mantenimiento (típicamente 2,5-3 metros). El cuerpo es caja metálica o de polycarbonato reforzado, dimensionada para contener barras, terminales de cable, interruptores y protecciones. Las cajas aéreas metálicas requieren protección anticorrosión (galvanizado o pintura epoxídica), especialmente en zonas costeras. Las cajas de polycarbonato ofrecen ventajas de transparencia (facilita inspección visual del estado interno sin apertura) y resistencia a impactos, siendo cada vez más frecuentes.

Las cajas subterráneas se instalan en cámaras de hormigón soterradas bajo acera o zona de tránsito. Permiten reducir impacto visual de la red (ventaja urbanística) pero requieren infraestructura civil (excavación, hormigonado, tapas de acceso) significativamente costosa. Las cajas subterráneas deben incluir sistemas de drenaje y ventilación para evitar acumulación de humedad que pudiera degradar aislamiento de cables y accesorios. En España, las cajas subterráneas son estándar en nuevos desarrollos urbanos consolidados; en áreas rurales o periurbanas, predominan las aéreas por economía.

Dimensionamiento interno y disposición de componentes

El dimensionamiento de una caja de distribución responde a criterios de: (1) número y sección de conductores que convergen: una caja que recibe un circuito primario 4G×35 mm² y distribuye 4 ramales 4G×16 mm² necesita espacio para 5 circuitos multiconductor; (2) tipo de protecciones: interruptores automáticos requieren más espacio que fusibles de cartucho; (3) espacio de trabajo: según norma IEC 61439-1, la anchura útil interna debe permitir manipulación de terminales sin contacto accidental. Mínimo recomendado es 400 mm de profundidad por 300 mm de anchura para cajas de distribución secundaria típica.

Los componentes se organizan internamente en: (1) Zona de barras: barras de entrada (alimentación primaria), barras de distribución (para derivar hacia protecciones), barra de tierra, barra de neutro. Estas barras son perfiles de cobre o aluminio de 10×40 mm típicamente, capaces de soportar 200-300 A sin sobrecalentamiento. (2) Zona de protecciones: fusibles de cartucho NH (ultra rápido, especialmente para cortocircuitos en baja tensión) o interruptores automáticos termomagnéticos. (3) Zona de seccionamiento: cada salida tiene un seccionador independiente, típicamente de apertura bajo carga (interruptor aislador).

Conectores y terminales de cable

La conexión de cables multiconductor a las barras internas requiere terminales especializados. Los terminales de compresión de cobre desnudo (tipo tubular) son estándar, presados sobre el conductor con herramienta de crimpado hidráulico o manual. Para cable 4G×16 mm², se utiliza terminal de compresión de aproximadamente 8 mm de diámetro interior y longitud 12 mm. El crimpado debe ejecutarse correctamente (presión adecuada, operario capacitado) porque un crimpado deficiente es causa común de recalentamiento y fallo futuro.

Alternativamente, algunos diseños utilizan conectores de tornillo tipo Molex o similares, donde el conductor se introduce bajo tornillo de presión. Esta opción permite mantenimiento futuro sin herramientas especiales, pero incrementa volumen de la conexión. En cajas subterráneas donde humedad es riesgo, los terminales deben recubrirse con mástique o grasa especial evitando corrosión y penetración de agua en espacio entre terminal y conductor.

Protecciones y continuidad del servicio

La protección de cada rama secundaria está dimensionada según carga máxima esperada. Para un circuito de alumbrado público de 40 luminarias de 150 W (6 kW, intensidad máxima 19 A), la protección será fusible NH de 20 A o interruptor automático clase B de 16-20 A. La selectividad es crucial: si el circuito secundario sufre cortocircuito, su protección debe disparar antes que la del circuito primario, aislando solo la rama afectada sin interrumpir suministro a las demás. Esto requiere coordinación de curvas de protección: típicamente, la curva de protección secundaria debe ser 1,3-1,5 veces menor que la primaria en corriente nominal.

Para maximizar continuidad, algunas cajas de distribución incluyen configuración de redundancia: cada rama secundaria alimentada alternativamente desde dos circuitos primarios diferentes. Esto requiere contactores automáticos que cierran el circuito de respaldo cuando el primario falla. Aunque esto duplica coste (dos circuitos primarios en lugar de uno), es práctica standard en distribución secundaria de zonas de alto valor (hospitales, centros comerciales, alumbrado público de vías principales).

Ubicación y accesibilidad

La caja de distribución debe ubicarse en sitio accesible para personal de mantenimiento sin escaleras (cajas aéreas a máximo 3 metros de altura) y preferentemente alejado de zonas de alto tránsito de público general (evitar daños accidentales, riesgos de manipulación no autorizada). En zona urbana, se coloca al pie de esquina de manzana; en zona rural, en proximidad de concentración de carga (cruce de caminos, agrupación de viviendas). La caja debe estar claramente señalizada con placa identificadora (número de circuito, tensión nominal, empresa gestora) y símbolo de peligro eléctrico.

El acceso a la caja debe mantenerse despejado: árboles, cables secundarios o tuberías de servicios no pueden obstruir apertura de puerta. En mantenimiento preventivo, se revisa anualmente: estado de pintura (galvanizado), presencia de corrosión, estado de sellos y juntas, funcionamiento de cerraduras, integridad de plaquetería interna, ausencia de humedad o depósitos de polvo en terminales (factor de envejecimiento).

Caso práctico: caja de distribución secundaria en alumbrado público municipal

Municipio de 15.000 habitantes planifica ampliación de red de alumbrado público en zona residencial de 25 hectáreas, con demanda estimada de 120 puntos de luz (luminarias de 150 W LED, factor de simultaneidad 0,8 = 14,4 kW carga máxima). Estructura: (1) Subestación transformadora de 630 kVA en centro geométrico de zona. (2) Dos circuitos primarios de 300 m cada uno desde transformador hacia periferia (4G×35 mm², protección fusible 150 A en entrada). (3) Tres cajas de distribución secundaria en puntos intermedios (carga 4-5 kW cada una). Especificación caja tipo: caja aérea 500×400×200 mm, acero galvanizado. Componentes: barra de entrada 4G×35, tres barrajes de distribución con fusibles 20 A NH, seccionadores independientes por rama, barra de tierra integrada. Costos: caja vacía 1.200 euros, equipamiento interno 800 euros, instalación 400 euros. Tiempo instalación: 8 horas por caja incluyendo conexión de cables primarios y secundarios.

Ideas clave

• Las cajas de distribución son nodos donde circuitos primarios se redistribuyen en secundarios, permitiendo seccionamiento selectivo y protección independiente
• Cumplen funciones de cambio de calibre de conductor, protección contra cortocircuitos, seccionamiento de circuitos, y centralización de tierra
• Pueden ser aéreas (sobre apoyo, economía) o subterráneas (impacto visual nulo, coste civil elevado)
• El dimensionamiento interno responde a número de conductores, tipo de protecciones, y espacio de trabajo mínimo (400×300 mm recomendado)
• Los componentes internos incluyen barras de cobre/aluminio (10×40 mm), protecciones (fusibles NH o interruptores termomagnéticos), seccionadores, y barra de tierra
• La protección de cada rama debe cumplir selectividad: disparo de rama secundaria antes que primaria ante fallos, aislando solo zona afectada