1.- Introducción
1.1.- Cálculo e importancia de la
corriente de cortocircuito mínima
Cualquiera que sea el tipo y la ubicación del
cortocircuito, la protección directamente aguas arriba del punto de
cortocircuito deberá activarse con la corriente mínima de cortocircuito.
Por lo tanto, conocer la corriente mínima de
cortocircuito es importante para establecer los umbrales de corriente de los
dispositivos de protección. Además, el aparato de corte debe abrirse en un
tiempo compatible con la protección de personas y equipos.
La corriente mínima de cortocircuito debe calcularse
aguas abajo de todos los aparatos de corte.
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: Determinar el tipo de
cortocircuito que produce el valor de corriente más bajo.
■ Si el neutro no está
distribuido, la corriente de cortocircuito mínima es la de cortocircuito
bifásico aislado de tierra.
■ Si el neutro está
distribuido, la corriente de cortocircuito mínima es la de cortocircuito
monofásico fase-neutro.
Etapa 4: Determinar la longitud del
bucle de defecto más largo.
Etapa 5: Calcular el cortocircuito,
por ejemplo, utilizando el método de impedancias o el método convencional.
Nota general
sobre el cálculo: para calcular la corriente mínima de cortocircuito, se considera que la
resistividad de los conductores es igual a 1,5 veces la resistividad a 20 ºC,
es decir, 0,027 Ωmm2/m para cobre y 0,043 Ωmm2/m para
aluminio (para tener en cuenta la influencia de la temperatura del núcleo
conductor durante el cortocircuito).
2.- Cálculo del
cortocircuito mínimo en el régimen de neutro TT
El procedimiento comprende las siguientes etapas:
Etapa 1: Ver apartado anterior 1.1.
Etapa 2: Ver apartado anterior 1.1.
Etapa 3: Los
cortocircuitos monofásicos son detectados por los dispositivos de corriente
residual ya que el neutro y la parte conductora expuesta están conectados a
tierra. Estos dispositivos de corriente residual son obligatorios en un sistema
TT. El tipo de cortocircuito (no visible para el dispositivo diferencial de
corriente residual), que supone el valor más bajo es el defecto simple entre 2 fases;
se trata de un defecto bifásico aislado de tierra.
Etapa 4: El bucle de defecto más
largo es el cortocircuito bifásico aislado de tierra en el punto donde se
encuentran los receptores más alejados (ver Figura 1).
Figura 1: Bucle de defecto para un
cortocircuito bifásico aislado de tierra en régimen de neutro TT
L es la longitud del circuito más largo a partir del
disyuntor
Se puede observar que el defecto recorre las dos fases
a lo largo de la longitud L.
La distancia d del disyuntor hasta el punto de
conexión del circuito es despreciable.
Etapa 5: Se efectúa el cálculo de la
corriente de cortocircuito.
2.1.- Método de
las impedancias
Veamos, en primer lugar, cual es el valor del
cortocircuito bifásico aislado de tierra, corresponde a la figura 2:
Figura 2: Cortocircuito bifásico
aislado de tierra
Este es un defecto asimétrico. Se debe utilizar el
método de las componentes simétricas como para los defectos de fase a tierra.
Para una falta entre las fases 2 y 3:
Donde:
Iscb es la corriente de cortocircuito bifásica aislada de tierra
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:
Z(1)
es la impedancia de secuencia directa de la fuente de alimentación hasta
el punto de defecto (bucle de defecto).
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
2.2.- Método
convencional
Este método no se puede aplicar en instalaciones
alimentadas por generador.
La corriente mínima de cortocircuito se da por la
fórmula:
L:
longitud del circuito indicado 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
Este
método utiliza las siguientes simplificaciones:
- Se supone que en caso de cortocircuito, la tensión
en el punto donde se ubica 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
despreciable para secciones transversales inferiores a 150 mm2.
. La
influencia de las reactancias de los conductores se tiene en cuenta para grandes
secciones transversales aumentando la resistencia en un 15% para secciones de
150 mm2, en un 20% para secciones de 185 mm2, en un 25%
para secciones de 240 mm2 y en un 30% para secciones de 300 mm2.
- Se supone que el cortocircuito es franco, es decir,
no se tienen en cuenta las resistencias de arco, las resistencias de contacto y
análogas.
3.- Ejemplo
Consideremos
el esquema de la Figura 3, correspondiente a la configuración que da la menor
corriente de cortocircuito en el punto donde se ubican los receptores.
Calcularemos la corriente mínima de cortocircuito en el punto donde se
encuentran los receptores.
3.1.- Método de las impedancias
■ Red aguas arriba
Supongamos
que:
■ Transformador 630 kVA, tensión de cortocircuito Usc = 4%
■ Cable 3 x 95 mm2
+ 1 x 50 mm2 Aluminio
Suponemos
que el cable es tripolar: Xl = 0,08 mΩ/m
De este modo se puede determinar la impedancia de la red aguas arriba del disyuntor D
Para
el cable aguas abajo del interruptor automático D, en 3 × 35 mm² + 1 × 16 mm²
cobre:
Se supone un cable tripolar: Xl = 0,08 mΩ/m
Se tiene para la impedancia del bucle de defecto:
Y para la corriente de cortocircuito mínima:
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
4%.
POST RELACIONADO:
Cálculo
de la corriente de cortocircuito mínima en una red de BT con régimen de neutro
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Cálculo de la corriente mínima de cortocircuito en el régimen de neutro IT
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