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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