Detector de tensión capacitivo por contacto: Importancia de la Norma IEC 61243-1:2021 en Seguridad y Confiabilidad

Este documento presenta los requisitos de la IEC 61243-1:2021 para la validación de detectores de tensión por contacto, tipo capacitivo, clasificados como Grupo 3, Categoría L, resaltando la relevancia de los ensayos exigidos para la protección de los electricistas.

La norma establece criterios de diseño, desarrollo y métodos de ensayo destinados a garantizar la eficiencia, confiabilidad y seguridad de los dispositivos en la detección de tensión en sistemas eléctricos de 1 kV a 800 kV CA (Corriente Alterna). El uso de este tipo de detector permite verificar de forma segura la condición de energización de un circuito antes de iniciar labores de mantenimiento.

Además, especifica requisitos de resistencia frente a sobretensiones, impactos, vibraciones, variaciones climáticas y humedad, así como la necesidad de que los detectores proporcionen indicaciones claras de la presencia de tensión y presenten inmunidad a interferencias electromagnéticas.

Los ensayos contemplan pruebas de resistencia mecánica, precisión, aislamiento y durabilidad, siguiendo protocolos estrictos para asegurar la conformidad. Cualquier fallo en estos criterios puede comprometer la seguridad del operador, por lo que resulta esencial utilizar dispositivos ensayados y certificados conforme a la norma.

1. Introducción
Este documento destaca la importancia de cumplir con los requisitos de la norma IEC 61243-1 para garantizar la confiabilidad y seguridad de los detectores de tensión, resaltando el papel de los ensayos en la protección del usuario.

El equipo evaluado corresponde a un detector de tensión capacitivo por contacto, clasificado como Grupo 3, Categoría L, según la IEC 61243-1:2021. Esta norma de la International Electrotechnical Commission especifica requisitos y métodos de ensayo para detectores capacitivos destinados a tensiones superiores a 1 kV CA, asegurando su eficiencia, confiabilidad y seguridad en entornos de alta tensión.

Según la norma, un detector de tensión capacitivo es un instrumento portátil diseñado para indicar la presencia o ausencia de tensión en sistemas eléctricos de 1 kV a 800 kV CA, operando a 50 Hz y/o 60 Hz, mediante contacto directo con conductores o puntos energizados.

La IEC 61243-1 establece requisitos de diseño, criterios de desempeño y procedimientos de ensayo que garantizan el funcionamiento óptimo del equipo bajo diversas condiciones ambientales y operativas. También define especificaciones constructivas y operativas para su uso seguro en condiciones exigentes.

El empleo de estos detectores es obligatorio, permitiendo verificar de forma segura la presencia de tensión en componentes eléctricos y reduciendo el riesgo de accidentes.

2. Ensayos requeridos por la IEC

2.1 Requisitos

Para los detectores de tensión tipo capacitivo, la IEC 61243-1 establece que deben someterse a ensayos eléctricos y mecánicos que garanticen su seguridad y precisión durante el uso.
Estos incluyen:

• Ensayos eléctricos: aislamiento, indicación clara de presencia de tensión y resistencia de contacto.
• Ensayos mecánicos: impacto, vibración, temperatura y humedad.

La norma también define requisitos de precisión, rango de medición, ergonomía y seguridad en el manejo. El detector debe:

• Identificar con precisión la presencia de tensión en sistemas de CA dentro de las tensiones especificadas.
• Operar de forma confiable y soportar sobretensiones transitorias sin comprometer su seguridad o funcionalidad.
• Indicar la presencia de tensión mediante LEDs, pantallas y señales sonoras, visibles y audibles en diversas condiciones.
• Ser inmune a interferencias electromagnéticas y ruidos externos.
• Ser robusto frente a impactos, vibraciones y condiciones ambientales adversas.
• Incorporar aislamiento y materiales no conductores para minimizar el riesgo de choque eléctrico.
• Cumplir con requisitos de protección contra contacto directo e indirecto.

Los detectores deben superar ensayos rigurosos de desempeño, seguridad y durabilidad, asegurando su funcionamiento en condiciones reales.

2.2 Clasificación por grupos (IEC 61243-1, ítem 4.2.2)

• Grupo 1 (G1): Al menos dos señales activas diferentes: una para “TENSIÓN PRESENTE” y otra para “TENSIÓN NO PRESENTE”. No requiere procedimiento de stand-by.
• Grupo 2 (G2): Al menos una señal activa para indicar “TENSIÓN NO PRESENTE”. (No aplicable al detector analizado).
• Grupo 3 (G3): Al menos una señal activa para indicar “TENSIÓN PRESENTE”. Requiere procedimiento de stand-by.

2.3 Clasificación por categorías (IEC 61243-1, ítem 4.4.1.2)

• Categoría L: Sin extensión del electrodo de contacto.
• Categoría S: Con extensión del electrodo de contacto.

2.4 Metodología de ensayo

Los ensayos se realizaron cumpliendo todos los requisitos de la IEC 61243-1:2021 (Live working – Voltage detectors – Part 1: Capacitive type to be used for voltages exceeding 1 kV AC).

2.5 Condiciones atmosféricas (IEC 61243-1, ítem 6.1.2 / IEC 60068-1)

• Temperatura: 15 °C a 35 °C
• Humedad relativa: 25 % a 75 %
• Presión atmosférica: 86 kPa a 106 kPa

Los detectores fueron estabilizados en laboratorio durante ≥ 4 h antes de iniciar los ensayos.

2.6 Ensayos de tipo

Según la IEC 61243-1 (ítem 6.1.4.1):

• Deben realizarse en tres detectores completamente montados, incluyendo extensión del electrodo cuando aplique.
• Se sigue la secuencia definida en el Anexo C (tablas C1 y C2).
• Criterio de aprobación:
  • Si más de 1 falla → ensayo rechazado.
  • Si solo 1 falla → repetir secuencia con otros 3 detectores.
  • Si en la repetición cualquiera falla → ensayo rechazado definitivamente.

2.7 Secuencia de los ensayos de tipo

Los ensayos siguen el orden del Anexo C de la IEC 61243-1.

• Los de igual número secuencial pueden ejecutarse en cualquier orden conveniente.
• Se inician con verificaciones básicas (dimensiones, aspecto, marcados) antes de pruebas más rigurosas.
• Este orden evita invertir tiempo y recursos en ensayos complejos sobre dispositivos que ya no cumplen requisitos iniciales.
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• La tabla 2, derivada de la tabla C2 del Anexo C de la norma IEC 61243-1, define los ensayos de tipo que pueden ejecutarse de forma aleatoria, en el orden que resulte más conveniente.

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  2.8 Ensayos funcionales

  Los ensayos funcionales son esenciales para garantizar la seguridad y la confiabilidad de los detectores de tensión capacitivos.
  Dado que estos dispositivos se utilizan en entornos de alta tensión, cualquier fallo puede derivar en accidentes o lesiones graves.
  El cumplimiento de los requisitos normativos asegura que los detectores funcionen correctamente, proporcionando indicaciones precisas y fiables de la presencia de tensión.

  En el caso del detector de tensión por contacto, tipo capacitivo, Grupo 3 y Categoría L, destaca el requisito establecido en el ítem 4.2.1 de la norma IEC 61243-1:

  El detector debe proporcionar una indicación permanente al entrar en contacto directo con una parte energizada.

  Para este requisito, la norma establece tres ensayos específicos:

• Influencia de campo de interferencia en fase
• Influencia de campo de interferencia en posición de fase
• Influencia de interferencia de tensión

• 2.8.1 Ensayo de influencia del campo de interferencia en oposición de fase

  2.8.1.1 Muestras para ensayo

• Tres detectores de tensión por contacto
• Fabricante: RITZ (figura 1)
• Referencia: CT225-450/SB
• Rango de tensión: 225 kV – 450 kV
• Clasificación: G3 / L
• Frecuencia: 60 Hz

• En este artículo se presenta el ensayo de influencia del campo de interferencia en oposición de fase.

  

  2.8.1.2 Montaje
  Se utilizó el montaje de ensayo en barras mostrado en las figuras 2, 3 y 4.

  

  

   

  

   

   

  2.8.1.3 Procedimiento
  Los ensayos se realizaron conforme al ítem 6.2.1.4 de la norma IEC 61243-1.
  Cada detector se posicionó de modo que el indicador de presencia de tensión quedara aproximadamente concéntrico con la esfera.

  El electrodo de contacto del cuerpo de prueba se colocó tocando la barra A, conectada a tierra, en el punto E1, a una distancia de 2,21 m del anillo externo del montaje, según se muestra en la figura 3.

  Primera medición: el cuerpo de prueba se apoyó en la barra A, inclinado 30° y alineado con la barra, posición P1 (figura 3). Segunda medición: el cuerpo de prueba se apoyó en la barra A, inclinado 30° y perpendicular a la barra, posición P2 (figura 4).

  En cada medición, la tensión se incrementó gradualmente hasta que el estado de la señal del cuerpo de prueba cambiara, registrándose dicho valor.

  La tensión de ensayo fue de 270 kV (0,6 × Un máx).

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  2.8.1.4 Resultados obtenidos
  El procedimiento se aplicó a los tres cuerpos de prueba de forma independiente.
  En la tabla 3 se registran las tensiones correspondientes a las posiciones P1 y P2.
  Los tres detectores no indicaron presencia de tensión en las condiciones especificadas en ningún momento, siendo aprobados en este ensayo.

  

   

  Observaciones:

  A 0,6 veces la mayor tensión nominal de los cuerpos de prueba (0,6 × 450 kV = 270 kV), no se activó la señal del cuerpo de prueba. En la posición P1, la señal no apareció hasta alcanzar una tensión de 330 kV.

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2.9 Ensayos dieléctricos

La IEC 61243-1, en su ítem 6.3, establece los requisitos para los ensayos dieléctricos, fundamentales para garantizar la seguridad y confiabilidad de los detectores de tensión.
La ejecución de estos ensayos es esencial para:

• Asegurar la conformidad de los detectores capacitivos
• Prevenir accidentes
• Garantizar la precisión del equipo
• Permitir su operación segura en entornos de alta tensión

Por este motivo, los ensayos dieléctricos constituyen una etapa crítica en la fabricación, certificación y mantenimiento de estos dispositivos.

Entre los ensayos realizados para validar el diseño del detector de tensión por contacto, tipo capacitivo, Grupo 3 y Categoría L, este artículo presenta el ensayo de protección contra puente para detectores de tensión de los tipos interno y externo.

2.9.1 Ensayo contra puente para detector de tensión tipo interno/externo

2.9.1.1 Muestras para ensayo

• Tres detectores de tensión por contacto
• Fabricante: RITZ
• Referencia: CT60-180/SB
• Rango de tensión: 60 kV – 180 kV
• Clasificación: G3 / L
• Frecuencia: 60 Hz

2.9.1.2 Montaje
Se utilizó el montaje de ensayo en barras mostrado en las figuras 5 y 6.

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2.9.1.3 Procedimiento

El ensayo se realizó de acuerdo con el ítem 6.3.2.1 de la IEC 61243-1:2021, siguiendo los procedimientos establecidos para detectores de tensión inferiores a 245 kV.
La figura 6 muestra el montaje utilizado, incluyendo las posiciones A y B para las barras en “V”.

Las muestras fueron sometidas a pruebas de esfuerzo superficial y esfuerzo radial y superficial.
La tensión de ensayo fue de 125 kV (1,2 × Un máx / √3).

• Primer ensayo: el detector se acercó hasta que su extremo quedó a 200 mm de la barra A.
• Segundo ensayo: el detector se giró hasta que su extremo quedó a 200 mm de la barra B (ver figura 7).

2.9.1.4 Resultados obtenidos

No se produjeron descargas eléctricas (flashover) ni daños en ninguno de los dos ensayos.
Por lo tanto, las muestras fueron aprobadas.

2.10 Ensayos mecánicos

Estos ensayos son esenciales para evaluar la durabilidad y robustez del detector, asegurando que el dispositivo resista impactos mecánicos y condiciones ambientales adversas sin comprometer su capacidad de detección de tensión.

Entre los ensayos mecánicos realizados para validar el diseño del detector de tensión por contacto, tipo capacitivo, Grupo 3 y Categoría L, se presenta a continuación el ensayo de vibración, correspondiente al ítem 6.4.3 de la norma IEC 61243-1.

2.10.1 Ensayo de vibración

2.10.1.1 Muestras para ensayo

• Tres detectores de tensión por contacto
• Fabricante: RITZ
• Referencia: CT60-180/SB
• Rango de tensión: 60 kV – 180 kV
• Clasificación: G3 / L
• Frecuencia: 60 Hz

2.10.1.2 Montaje
Para la ejecución del ensayo, el detector se fijó a la mesa vibratoria mediante tornillos, según se muestra en la figura 8.

 

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2.10.1.3 Procedimiento

El ensayo se realizó según las especificaciones para la clase 2 de la norma IEC 60068-2-6 – Environmental testing – Part 2: Tests – Test FC: Vibration (sinusoidal).

Previo al ensayo, se efectuó una inspección visual para verificar la ausencia de daños mecánicos tales como grietas, roturas, deformaciones, desgastes o aflojamiento de componentes.
Asimismo, se realizó una prueba funcional previa, accionando el botón de ensayo y verificando la respuesta tanto sonora como lumínica de los dispositivos.

Los ensayos de vibración se llevaron a cabo en tres direcciones mutuamente ortogonales:

• Vertical
• Longitudinal
• Transversal

Los detectores fueron sometidos a vibración armónica (senoidal), con frecuencia variable de forma continua entre 10 y 150 Hz, a una razón logarítmica de una octava por minuto.

• Amplitud: 0,15 mm para el rango de 10 a 58 Hz.
• Aceleración: 19,6 m/s² para el rango de 58 a 150 Hz.

La duración total del ensayo fue de 360 minutos (120 minutos en cada dirección).

2.10.1.4 Resultados obtenidos

Tras la finalización de los ensayos, la inspección visual no detectó daños mecánicos ni fallos funcionales en ninguno de los dispositivos evaluados.

2.11 Ensayos específicos

La norma IEC 61243-1, en su ítem 7, establece los ensayos específicos que los detectores deben superar para garantizar su conformidad y seguridad.
Estos incluyen las verificaciones de corriente de fuga en condiciones húmeda y seca, así como en estado de espera (stand by) y estado de prontitud para operar, evaluando el detector completo.

Entre los ensayos específicos realizados para validar el diseño del detector de tensión por contacto, tipo capacitivo, Grupo 3 y Categoría L, se presenta a continuación el ensayo de estado de espera, correspondiente al ítem 7.2 de la norma IEC 61243-1.

2.11.1 Ensayo de estado de espera (Stand by)

2.11.1.1 Muestras para ensayo

• Tres detectores de tensión por contacto
• Fabricante: RITZ
• Referencia: CT60-180/SB
• Rango de tensión: 60 kV – 180 kV
• Clasificación: G3 / L
• Frecuencia: 60 Hz

2.11.1.2 Montaje
El detector se fijó en la vara de maniobra, haciendo que su electrodo de contacto tocara el electrodo esférico, según se muestra en la figura 9.

 

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2.11.1.3 Procedimiento

El ensayo se realizó para verificar la conformidad del detector en el ensayo de estado de espera (stand by), de acuerdo con el ítem 7.2 de la norma IEC 61243-1:2021.

Los detectores de tensión con función de estado de espera se ensayaron según las configuraciones de prueba establecidas en 6.2.1.2.1 y 6.2.1.6. El detector de tensión se colocó en modo de espera para iniciar la primera y la segunda prueba.

Conforme al arreglo mostrado en la Figura 9, para la primera prueba la tensión de ensayo fue del 90 % de la tensión límite. Para la segunda prueba, la tensión de ensayo fue del 110 % de la tensión límite.

Para detectores de tensión de la categoría L, ambas pruebas se repitieron con la configuración de ensayo indicada en 6.2.1.6. Las tensiones de ensayo fueron del 90 % y 110 % de los valores medidos en 6.2.1.6.

2.11.1.4 Resultados obtenidos

En la primera prueba, a una tensión del 90 % de la tensión límite, las muestras no indicaron presencia de tensión. En la segunda prueba, a una tensión del 110 % de la tensión límite, los detectores indicaron presencia de tensión.

3. Importancia de los Ensayos

El detector de presencia y/o ausencia de tensión es una herramienta esencial para garantizar la seguridad de los electricistas durante actividades de mantenimiento en sistemas eléctricos.

Antes de cualquier intervención en un sistema eléctrico, es fundamental confirmar la presencia o ausencia de tensión eléctrica en los circuitos, evitando así choques eléctricos y otros accidentes. Incluso si un sistema ha sido desenergizado, puede existir tensión residual o una alimentación indebida.

Un detector confiable permite a los técnicos identificar rápidamente la presencia o ausencia de tensión, agilizando diagnósticos y procedimientos, lo que incrementa la eficiencia operativa. Trabajar en un sistema energizado sin el conocimiento previo puede provocar un cortocircuito o daños en los componentes del sistema eléctrico, por lo que el detector es un aliado clave para prevenir daños en los equipos.

El uso de detectores de tensión está contemplado en la norma de seguridad laboral, que exige la verificación del estado de tensión antes de cualquier actividad en sistemas eléctricos.

En resumen, el detector de presencia y ausencia de tensión es un dispositivo indispensable para garantizar la seguridad y eficiencia en el mantenimiento eléctrico, protegiendo tanto a los trabajadores como a los equipos.

El uso de detectores de tensión que cumplen con todos los requisitos de la IEC 61243-1 es fundamental para asegurar que sean seguros y eficaces en la detección de tensión.

Cualquier falla en la detección de presencia o ausencia de tensión puede poner en riesgo la vida del electricista.

4. Conclusión

Cumplir con los requisitos de la norma IEC 61243-1:2021 es esencial para garantizar que los detectores de tensión por contacto sean diseñados, fabricados y ensayados para satisfacer las exigencias de seguridad en entornos laborales, especialmente en alta tensión.

Los ensayos previstos en la norma son fundamentales para certificar que los dispositivos cumplen con los requisitos de desempeño y seguridad, protegiendo a los trabajadores contra riesgos asociados al contacto accidental con tensiones eléctricas.

El uso de un detector de tensión que cumpla con los requisitos normativos, junto con un método de trabajo bien definido, garantiza un entorno laboral más seguro.

5. Referencias

• IEC 61243-1:2021 – Trabajos en tensión — Detectores de tensión - Parte 1: Tipo capacitivo para ser utilizados en tensiones superiores a 1 kV AC.
• IEC 60068-1:2013 – Ensayos ambientales - Parte 1: Generalidades y guía.
• Catálogo General de Productos Ritz Ferramentas – Edición 2023.
• Informe 0004/2024 – Laboratorio de ensayos de materiales y productos de Ritz Ferramentas.