Cálculo de Corrientes de Cortocircuito en Baja Tensión

1 INSTITUTO NACIONAL DE CAPACITACI N PROFESIONAL. REA ELECTRICIDAD, ELECTR NICA Y TELECOMUNICACIONES. SEDE COLON. Un Compromiso de los Empresarios de Chile C lculo de Corrientes de Cortocircuito en baja Tensi n Prof. Claudio Gonz lez Cruz A o Acad mico : P'2001. Generalidades Dentro del dimensionamiento de protecciones, conductores o juegos de barras de una red el ctrica interior, uno de los par metros de importancia a determinar es el nivel de la corriente de Cortocircuito que se estar a presentando en distintos puntos del sistema. La corriente de Cortocircuito calculada dentro del dise o de un sistema el ctrico interior, define el m nimo valor de capacidad de ruptura que deben tener los elementos involucrados en la falla de Cortocircuito , para que sean capaz de soportarlos, y en el caso de las protecciones termomagn ticas y fusibles, tambi n despejarlos. En general, entre las m ltiples metodolog as de c lculo de Corrientes de cortocircuitos, las m s difundidas son el m todo de las componentes sim tricas seg n el est ndar ANSI/IEEE (norte americano), y el m todo de la impedancia seg n el est ndar europeo IEC (IEC 909-1 e IEC 909-2).

2 El presente apunte tiene como objetivo el explicar una simplificaci n del m todo europeo (IEC), aplicado a instalaciones interiores, el que nos dar la respuesta de manera sencilla y eficaz, en la determinaci n de los niveles de Cortocircuito en distintos puntos del sistema. INACAP COLON P gina_1. Av. Padre Hurtado Sur 875 Las Condes Santiago rea Electricidad, Electr nica y Telecomunicaciones, tel fonos: (2)7310370 (2)7310488, fax: (2)7310380 (2)7310381. INSTITUTO NACIONAL DE CAPACITACI N PROFESIONAL. REA ELECTRICIDAD, ELECTR NICA Y TELECOMUNICACIONES. SEDE COLON. Un Compromiso de los Empresarios de Chile C lculo de Corrientes de Cortocircuito en baja Tensi n Prof. Claudio Gonz lez Cruz El Cortocircuito Un Cortocircuito es la desaparici n intempestiva de la aislaci n relativa de dos conductores de tensi n diferente (alimentados de la misma fuente), sin la interposici n de una impedancia conveniente. Las instalaciones el ctricas requieren siempre de la protecci n contra cortocircuitos dondequiera que exista esta falla.

3 La corriente de Cortocircuito se debe calcular en cada nivel de la instalaci n, con el prop sito de determinar las caracter sticas del equipo requerido para soportarla y/o eliminarla. Amplitud de la Corriente de Cortocircuito La amplitud de la corriente de Cortocircuito depende fundamentalmente del momento en que la falla ocurra, de la duraci n, de la ubicaci n y la topolog a. El Momento de Ocurrencia de la Falla Dependiendo del momento en que se presenta la falla de Cortocircuito , la corriente resultante puede adquirir dos amplitudes caracter sticas, sim trica o asim trica. La corriente de Cortocircuito resultante puede alcanzar una magnitud sim trica (semiciclos positivos y negativos de igual amplitud), si la falla ocurre en el instante en que la tensi n de alimentaci n est . pasando por su valor m ximo. Figura 1 / Cortocircuito sim trico INACAP COLON P gina_2. Av. Padre Hurtado Sur 875 Las Condes Santiago rea Electricidad, Electr nica y Telecomunicaciones, tel fonos: (2)7310370 (2)7310488, fax: (2)7310380 (2)7310381.

4 INSTITUTO NACIONAL DE CAPACITACI N PROFESIONAL. REA ELECTRICIDAD, ELECTR NICA Y TELECOMUNICACIONES. SEDE COLON. Un Compromiso de los Empresarios de Chile C lculo de Corrientes de Cortocircuito en baja Tensi n Prof. Claudio Gonz lez Cruz Seg n la Figura 1, la amplitud m xima (Im), de esta corriente es equivalente a ra z de dos veces el valor rms (Irms). Normalmente los m todos de c lculo de corriente de Cortocircuito entregan como soluci n a sus ecuaciones, Corrientes sim tricas de valores rms, las que en general son de menor amplitud (incluso al convertirlas en valores m ximos), que las Corrientes del tipo asim tricas. Estas Corrientes se les llama de esta forma debido a que las amplitudes de sus semiciclos positivos y negativos son de distinto valor, es decir, la semionda alterna caracter stica no es sim trica respecto al eje de coordenadas. Figura 2 / Cortocircuito asim trico Este tipo de Corrientes se presenta cuando la falla ocurre en el instante en que la tensi n de alimentaci n del sistema, est pasando por su valor cero.

5 Como es imposible saber con certeza el momento en que la falla de Cortocircuito se presentar en una instalaci n interior, los sistemas involucrados en el camino del Cortocircuito se deber n dimensionar de modo que sean capaces de soportar el valor asim trico (peor condici n). Tal como se menciono anteriormente, los m todos de c lculo entregan valores sim tricos, pero dentro del dimensionamiento del sistema deberemos trabajar con el valor asim trico. Para convertir una corriente de Cortocircuito sim trica en asim trica, vasta con multiplicar la primera con un factor de asimetr a (*), el que est directamente relacionado con la componente continua (Idc), que aparece en la Figura 2. (*) La determinaci n y la forma de aplicaci n del factor de asimetr a ser descrito en el punto INACAP COLON P gina_3. Av. Padre Hurtado Sur 875 Las Condes Santiago rea Electricidad, Electr nica y Telecomunicaciones, tel fonos: (2)7310370 (2)7310488, fax: (2)7310380 (2)7310381. INSTITUTO NACIONAL DE CAPACITACI N PROFESIONAL.

6 REA ELECTRICIDAD, ELECTR NICA Y TELECOMUNICACIONES. SEDE COLON. Un Compromiso de los Empresarios de Chile C lculo de Corrientes de Cortocircuito en baja Tensi n Prof. Claudio Gonz lez Cruz La Duraci n de la Falla En funci n de la duraci n de la falla (tiempo de existencia sin despeje por los rganos de protecci n), la corriente de Cortocircuito puede presentar tres valores caracter sticos, subtransiente, transiente y permanente. Figura 3 / Valores caracter sticos de la corriente de Cortocircuito El estado subtransiente tiene una duraci n de no m s de 0,1 segundos, el transiente entre 0,1 y 0,3. segundos y el estacionario se alcanza luego de transcurridos m s de 0,3 segundos desde el inicio de la falla. Tal como lo se ala la Figura 3, una corriente de Cortocircuito asim trica, puede convertirse en sim trica, solo cuando la falla alcanza su estado permanente. Lamentablemente si el defecto permanece el tiempo necesario para alcanzar el estado sim trico, la instalaci n el ctrica se destruir a en pr cticamente su totalidad.

7 INACAP COLON P gina_4. Av. Padre Hurtado Sur 875 Las Condes Santiago rea Electricidad, Electr nica y Telecomunicaciones, tel fonos: (2)7310370 (2)7310488, fax: (2)7310380 (2)7310381. INSTITUTO NACIONAL DE CAPACITACI N PROFESIONAL. REA ELECTRICIDAD, ELECTR NICA Y TELECOMUNICACIONES. SEDE COLON. Un Compromiso de los Empresarios de Chile C lculo de Corrientes de Cortocircuito en baja Tensi n Prof. Claudio Gonz lez Cruz Resulta claro pensar que la falla de Cortocircuito es extremadamente destructiva, luego se debe eliminar en el menor tiempo posible. En general, los dispositivos de protecci n contra Corrientes de Cortocircuito , est n dise ados para abrir el circuito en un tiempo no superior a 10 ms (0,01 segundos), luego dentro del estudio de Cortocircuito para determinar la capacidad de ruptura de los dispositivos, se deber tomar el estado subtransiente de la corriente de defecto. La Ubicaci n de la Falla La amplitud de la corriente de Cortocircuito desde el punto de vista del c lculo, esta dada en funci n de la ley de ohm, es decir, que la corriente es inversamente proporcional a la impedancia.

8 La impedancia de Cortocircuito mayoritariamente esta dada por la impedancia de los conductores que se ver an involucrados en el camino de circulaci n de la corriente, luego entre m s cerca del transformador de alimentaci n se produzca el defecto, la impedancia de Cortocircuito tendr un valor menor que si la falla ocurriese en el punto m s alejado de la fuente. En otras palabras, si la falla ocurre en las proximidades del transformador, la corriente de Cortocircuito tendr una amplitud mayor que si esta ocurriese en el punto m s alejado. La Topolog a de la Falla Dependiendo de la topolog a de la red el ctrica, un Cortocircuito puede alcanzar en general cuatro tipos de formas de ocurrencia. (a) Cortocircuito entre tres l neas de fase (trif sico). (b) Cortocircuito entre dos l neas de fase (bif sico). (c) Cortocircuito entre una l nea de fase y el conductor neutro (monof sico a neutro). (d) Cortocircuito entre una l nea de fase y el conductor de tierra (monof sico a tierra).

9 INACAP COLON P gina_5. Av. Padre Hurtado Sur 875 Las Condes Santiago rea Electricidad, Electr nica y Telecomunicaciones, tel fonos: (2)7310370 (2)7310488, fax: (2)7310380 (2)7310381. INSTITUTO NACIONAL DE CAPACITACI N PROFESIONAL. REA ELECTRICIDAD, ELECTR NICA Y TELECOMUNICACIONES. SEDE COLON. Un Compromiso de los Empresarios de Chile C lculo de Corrientes de Cortocircuito en baja Tensi n Prof. Claudio Gonz lez Cruz El Cortocircuito trif sico evidentemente solo puede presentarse en redes trif sicas ya sea de tres o cuatro hilos. Su caracter stica principal es la muy baja impedancia de l nea que se estar a oponiendo a la corriente de falla. F1. F2. F3. N. TP. Figura 4 / Cortocircuito trif sico El Cortocircuito bif sico se puede presentar al igual que en el caso anterior, solo en redes del tipo trif sicas, pero su diferencia es que la impedancia de l nea es mayor, y por lo tanto, la corriente de Cortocircuito alcanzada es de menor amplitud que en el caso trif sico.

10 F1. F2. F3. N. TP. Figura 5 / Cortocircuito bif sico El Cortocircuito monof sico a neutro puede presentarse tanto en redes trif sicas de cuatro hilos como en sistemas monof sicos y es de menor amplitud (corriente), que los casos anteriores. F1. F2. F3. N. TP. Figura 6 / Cortocircuito monof sico a neutro INACAP COLON P gina_6. Av. Padre Hurtado Sur 875 Las Condes Santiago rea Electricidad, Electr nica y Telecomunicaciones, tel fonos: (2)7310370 (2)7310488, fax: (2)7310380 (2)7310381. INSTITUTO NACIONAL DE CAPACITACI N PROFESIONAL. REA ELECTRICIDAD, ELECTR NICA Y TELECOMUNICACIONES. SEDE COLON. Un Compromiso de los Empresarios de Chile C lculo de Corrientes de Cortocircuito en baja Tensi n Prof. Claudio Gonz lez Cruz El Cortocircuito monof sico a tierra puede presentarse al igual que el anterior (monof sico a neutro), en redes trif sicas de cuatro hilos como en sistemas monof sicos. Su impedancia puede ser del mismo valor que en el caso de la falla monof sica a neutro, siempre y cuando el r gimen de neutro sea del tipo TNC.