Ingeniería de Máquinas y Sistemas Eléctricos: Cálculo de la corriente de cortocircuito mínima en una red de BT con régimen de neutro TN

En el cálculo de la corriente de cortocircuito mínima se aplican dos métodos:

El método de las impedancias, utilizado cuando se conocen todas las características del bucle de defecto incluyendo la de la fuente de alimentación.
El método convencional, utilizado cuando no se conoce la corriente de cortocircuito en el origen del cable considerado (al nivel del aparato de corte), ni las características de la alimentación aguas arriba.

El procedimiento lo componen las etapas siguientes:

Etapa 1ª.- Se determina el punto más alejado, aguas abajo, del aparato de corte, receptor o interruptor.
Etapa 2ª.- Se determina la configuración aguas arriba de la red que supone una corriente de cortocircuito mínima:

Determinar la fuente de tensión configurable con la más baja corriente de cortocircuito: en general, alternador de emergencia, si existe.
Determinar la configuración que se considera la longitud de enlace más importante hasta la fuente de alimentación.

Etapa 3ª.- El tipo de cortocircuito considerado de más bajo valor es el cortocircuito monofásico fase-neutro.

Etapa 4ª.- En el bucle de defecto más largo, se produce el cortocircuito monofásico fase-neutro mínimo, al nivel del receptor más alejado.

Figura 1: Bucle de defecto para un cortocircuito monofásico fase-neutro en régimen TN

L es la longitud del circuito más largo a partir del interruptor automático. Podemos ver que la corriente de defecto circula a través de la fase a lo largo de una longitud L y del neutro a lo largo de una longitud L, después retorna hacia la fuente. La distancia d del interruptor automático hasta el punto de conexión del circuito es muy pequeña.

Etapa 5ª.- Se calcula la corriente de cortocircuito

● Método de las impedancias

El valor de la corriente de cortocircuito monofásica es:

Vn : Tensión simple
Z0 : Impedancia homopolar
Zd : Impedancia directa
Zi : Impedancia inversa

- Si la red no está alimentada por un alternador Zd = Zi
- Si la red está alimentada por un alternador Zi < Zd

Tomando Zi = Zd se minimiza Icc, Con el objetivo de calcular la corriente mínima de cortocircuito, esta aproximación se puede utilizar, incluso cuando la red esté alimentada por un generador.

- En BT, Z0 se aproxima a Zd, se tomará en primera aproximación Z0 = Zd

Obtendremos así una fórmula aproximada de Icc:

Zd es la impedancia directa del bucle de defecto

Se supone que se conoce la impedancia Zr de la red aguas arriba del dispositivo de corte Zr = Rr + j Xr y la impedancia ZN del neutro aguas arriba del disyuntor ZN = RN + j XN

Siendo:

L : longitud del circuito en metros indicada en la figura 1
SF : Sección de los conductores de fase del circuito
SN : Sección del conductor neutro del circuito
λ : Reactancia por unidad de longitud de los conductores
ρ : Resistividad de los conductores igual a 1,5 veces la de 20 ºC (que reduce al mínimo la corriente de cortocircuito)

La impedancia del bucle de defecto sería:

La corriente de cortocircuito mínima es:

Vn es la tensión simple de la red en vacío

● Método convencional

Este método no es aplicable en las instalaciones alimentadas por un alternador.

La corriente de cortocircuito viene dada por la fórmula siguiente:

Vn: Tensión simple en Voltios, en servicio normal y en el lugar donde está instalado el dispositivo de corte
L : longitud del circuito en metros indicado en la figura 1
ρ : Resistividad de los conductores igual a 1,5 veces la de 20 ºC (que reduce al mínimo la corriente de cortocircuito)
SF : Sección de los conductores de fase del circuito
SN : Sección del conductor neutro del circuito

Este método utiliza las siguientes simplificaciones:

Se supone que en el caso de un cortocircuito, la tensión en el punto donde se encuentra el dispositivo de protección es igual a 80% de la tensión asignada. En otras palabras, se supone que la parte del bucle de defecto aguas arriba del dispositivo de corte representa el 20% de la impedancia total del bucle de defecto;
la influencia de la reactancia de los conductores es insignificante para secciones de inferiores a 150 mm2.

La influencia de las reactancias de conductores se tiene en cuenta para grandes secciones, aumentando la resistencia en un 15% para la sección de 150 mm2, en un 20% para 185 mm2, en un 25% para 240 mm2 y en un 30 % para 300 mm2.

el cortocircuito se supone que es franco, es decir, que no son tenidas en cuenta las resistencias de arco, resistencias de contacto y análogas.

Ejemplo:

Sea el esquema de la Figura 2, correspondiente a la configuración de la corriente de cortocircuito más baja en el punto donde se encuentra el receptor. Vamos a calcular la corriente de cortocircuito mínima en el punto donde esta situado este receptor.