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miércoles, 21 de julio de 2021

Cálculo de la corriente mínima de cortocircuito en el régimen de neutro IT

 



Este artículo comprende 2 secciones bien diferenciadas:

1ª sección: Cálculo de la corriente mínima de cortocircuito en un régimen de neutro IT sin neutro distribuido.

2ª Sección: Cálculo de la corriente mínima de cortocircuito en un régimen de neutro IT con neutro distribuido.

1.- Cálculo de la corriente mínima de cortocircuito en un régimen de neutro IT sin neutro distribuido.

El procedimiento comporta las etapas siguientes:

Etapa 1: Determinar el punto más alejado aguas abajo del aparato de corte: receptor o aparato de corte directamente aguas abajo.

Etapa 2: Determinar la configuración aguas arriba de la red que conduce a un cortocircuito mínimo:

Determinar la fuente de tensión configurable de corriente de cortocircuito más baja de la red; en general, el generador de seguridad, si existe.

Configuración que proporcione el enlace más largo hasta la fuente.

Etapa 3: El tipo de cortocircuito que da el valor más bajo es el doble defecto, el primero está ubicado en la fase de un circuito, el segundo está ubicado en otra fase de otro circuito (ver Figura 1). Este es un cortocircuito bifásico aislado de tierra.

Etapa 4: El bucle de defecto más largo para un defecto bifásico aparece al nivel de los 2 receptores más alejados de los dispositivos de corte (Figura 1).

 

Figura 1: Bucle de defecto para una falta bifásica entre las fases 1 y 3 en un régimen de neutro IT sin neutro distribuido


L1 y L2 son las longitudes de los dos receptores más alejados del interruptor automático.

Podemos ver que la corriente de defecto circula por el siguiente camino:

- longitud L2 en la fase 1

- longitud L2 en el conductor de tierra (PE)

- longitud L1 en el conductor de tierra (PE)

- longitud L1 en fase 3

- hasta la fuente

Nota: la longitud “a” entre los dos puntos de conexión de los circuitos es insignificante.

Etapa 5: Se efectúa el cálculo de la corriente de cortocircuito.


1.1.- Método de las impedancias

En la sección 2.1 del artículo  “Cálculo del cortocircuito mínimo en el régimen de neutro TT” disponible en el link:

https://imseingenieria.blogspot.com/2021/07/calculo-del-cortocircuito-minimo-en-el.html

se observó que el valor del cortocircuito bifásico aislado es:


Donde:

Iscb es la corriente de cortocircuito bifásico aislado

Vn es la tensión simple

Z(1) es la impedancia directa (del bucle de defecto)

Z(2) es la impedancia inversa

Z(1), Z(2) son las impedancias equivalentes a la suma de todas las impedancias de secuencia directas e inversas a través de las cuales circula la corriente de falta.

Si la red no está alimentada por un generador: Z(1) = Z(2)

Si la red es alimentada por un generador, se tiene: Z(2) < Z(1)

Tomando Z(2) = Z(1), Iscb se minimiza. Con el objetivo de calcular la corriente mínima de cortocircuito, esta aproximación se puede utilizar incluso cuando la red es alimentada por un generador.

Se tiene entonces:


2Z(1) es la impedancia de secuencia directa de la fuente de alimentación hasta el punto de defecto (en efecto, el bucle de defecto representa la circulación de ida y vuelta del cortocircuito Zbucle = 2 Z(1)).

Se supone que se conoce la impedancia Zr de la red aguas arriba del aparato de corte Zr = Rr + jXr

Siendo:

L: longitud del circuito indicado en la Figura 1

SPh: sección transversal de los conductores de fase del circuito

λ: reactancia por unidad de longitud de los conductores

ρ: resistividad de los conductores igual a 1,5 veces la de 20 °C (lo que minimiza la corriente de cortocircuito).

La impedancia directa Z(1) (del bucle de defecto) es, por tanto igual:


La corriente de cortocircuito mínima es:

Vn es la tensión simple de la red en vacío

1.2.- Método convencional

Este método no se puede aplicar en instalaciones alimentadas por generador.

La corriente mínima de cortocircuito se da por la fórmula:


Suponiendo que L1 = L2 = L, donde L es el valor máximo de L1 y L2, entonces:


Vn: tensión simple en voltios, en servicio normal en el lugar donde está instalado el dispositivo de corte.

L: longitud máxima de las longitudes L1 y L2 indicadas en la Figura 1

ρ: resistividad de los conductores igual a 1,5 veces la de 20 °C (lo que minimiza la corriente de cortocircuito)

SPh: sección transversal de los conductores de fase del circuito

SPE: sección transversal del conductor de tierra del circuito

Este método utiliza las siguientes simplificaciones:

- Se supone que en caso de cortocircuito, la tensión en el punto donde se encuentra el dispositivo de protección es igual al 80% de la tensión nominal. 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 menos de 150 mm2

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

- Se supone que el cortocircuito es franco, es decir, no se tienen en cuenta la resistencia del arco, las resistencias de contacto y análogas.

 

1.3.- Ejemplo

Consideremos el esquema de la Figura 2, correspondiente a la configuración que da la menor corriente de cortocircuito en el punto donde se encuentra la carga. Calcularemos la corriente mínima de cortocircuito para un doble defecto, el primero entre una fase y la masa del receptor 1, el segundo entre otra fase y la masa del receptor 2.


Figura 2: Ejemplo de cálculo del cortocircuito mínimo en el régimen de neutro IT sin neutro distribuido

 

1.3.1.- Método de las impedancias

Red aguas arriba



Supongamos que:


Transformador 630 kVA, Usc = 4%


cable 3 × 95 mm² + 1 × 50 mm² Alu.

Suponiendo que el cable es tripolar: Xl = 0.08 mmΩ/m

 


De este modo se puede determinar la impedancia de la red aguas arriba de los interruptores D1 y D2:


Para los cables que alimentan los receptores 1 y 2, en cobre de 3 × 35 mm² + 16 mm²:


Suponemos que el cable es tripolar: Xl = 0.08 mmΩ/m, se tiene:



1.3.2.- Método convencional


Podemos ver en este ejemplo que el método convencional minimiza el resultado del cálculo de la corriente mínima de cortocircuito en un 12%.

 

2.- Cálculo de la corriente mínima de cortocircuito en un régimen de neutro IT con neutro distribuido.

El procedimiento se lleva a cabo en las siguientes etapas:

- Etapa 1: ver sección 1.

- Etapa 2: ver sección 1.

- Etapa 3: El tipo de cortocircuito que da el valor más bajo es el de doble defecto, estando el primero ubicado en la fase de un circuito y el segundo en el neutro de otro circuito.

- Etapa 4: El bucle de defecto es tan largo como en el sistema IT sin neutro distribuido, la única diferencia es que para el segundo defecto, la corriente de cortocircuito circula por el neutro en lugar de una fase.

- Etapa 5: La sección transversal del conductor neutro es menor o igual a la sección transversal de una fase, lo que minimiza el valor de la corriente de cortocircuito en relación con el sistema IT sin neutro distribuido;

La tensión aplicada al bucle de defecto es una tensión simple, a diferencia del caso del sistema IT sin neutro distribuido para el que la tensión aplicada es una tensión de fase a fase. Por tanto, la corriente de cortocircuito se limita a un factor √3 en relación con el sistema sin neutro distribuido: 


Isc2 es la corriente de cortocircuito del doble defecto entre el de una fase y el del neutro

Para concluir, tenemos así una corriente mínima de cortocircuito al menos √3 veces menor que la corriente mínima de cortocircuito en el caso del sistema IT sin neutro distribuido.

Esto significa que se deben utilizar longitudes de circuito máximas más pequeñas, por lo que es preferible no distribuir el neutro en un sistema de IT.

En el caso de que la longitud de los circuitos no garantice el disparo al ocurrir un segundo defecto, se deben instalar dispositivos de corriente residual.



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