CALCULO DE CORRIENTES DE CORTOCIRCUITO

CALCULO DE CORRIENTES DE CORTOCIRCUITO

1. Corrientes de cortocircuito.

El clculo y eleccin de los aparatos y dispositivos de proteccin, as como la conexin de una red de abastecimiento de energa, que dependen en gran parte de las corrientes de cortocircuito que cabe esperar.

La tabla 1 da una visin general de las solicitaciones que hay que tener en cuenta en el clculo de una red y qu corrientes de defecto deben calcularse para ello. As, por ejemplo, las mximas corrientes de cortocircuito y, por tanto, las solicitaciones elctricas y mecnicas mximas de las instalaciones y aparatos -con independencia de contadas excepciones- se producen en caso de un cortocircuito tripolar (simtrico). En lo que respecta a los efectos de las corrientes de defecto -p. ej., tensiones de tomas de tierra, tensiones de contacto e influencia inductiva de instalaciones ajenas-, son de inters las corrientes de cortocircuito para distintos defectos simtricos. Para el clculo y la eleccin de dispositivos de proteccin de la red puede ser necesario determinar las corrientes de defecto, mnimas posibles.

Para el clculo de las corrientes de cortocircuito ha publicado el Comit Alemn de Electrotcnicos (Verband Deutscher Elecktrotechniker) la norma VDE 0102 [1]. Los conceptos utilizados a continuacin vienen definidos en esta norma, y los smbolos de frmulas, designaciones e ndices corresponden en su mayor parte a las normas DIN 4897 [2] y DIN 5483 [3].

La corriente de cortocircuito consta de una corriente alterna de frecuencia de servicio, con amplitud variable en el tiempo, y de una corriente continua superpuesta, que se atena hasta hacerse cero. El curso en el tiempo de la corriente de cortocircuito viene definida por procesos electromagnticos de compensacin en las mquinas sncromas de alimentacin y en la red.

Las corrientes alternas de cortocircuito, en caso de un cortocircuito tripolar (simtrico), son de igual valor en los tres conductores de la red de corriente continua, si bien las corrientes que pasan por estos estn desfasadas 120 entre s. Las amplitudes de las corrientes alternas como consecuencia de la reaccin de inducido, de las mquinas sncronas de alimentacin, decrecen desde un valor inicial IK, relativamente grande, hasta un valor final pequeo, IK. Segn VDE 0102 resulta:

Tabla 1. Corrientes de avera para la planificacin de redes trifsicas.

Solicitacin Clase de defectoCorriente de Avera

Ik"IkIsIaRED

Calentamiento3 polXXMaximas corrientes de averaHS NS

1polXXHS NS

EEXHS

Esfuerzos3 polXHS NS

Capacidad de Conexin3 polXHS NS

1 polXNS

Capacidad de desconexin 3 polXHS NS

1 polXNS

Tensin de puesta a tierra Tensin de contacto1polXHS

Influencia inductiva1 polXHS

EEXHS

Disparo de rels de proteccin 3 polXMnimas corrientes de averaHS NS

Seguridad de actuacin de los dispositivos

de proteccin Para sistema lnea de proteccin Para puesta a neutro.2 pol

1 polX

XNS NS

IKCorriente alterna inicial de cortocircuito:

Valor eficaz de la corriente alterna de cortocircuito al comienzo de ste.

IKCorriente permanente de cortocircuito:

Valor eficaz de la corriente de cortocircuito una vez atenuados todos los procesos de compensacin.

La corriente alterna de cortocircuito de transicin (corriente transitoria de cortocircuito) no se precisa directamente para el clculo de la corriente de cortocircuito de redes de distribucin de energa, por lo que no se tendr en cuenta en lo sucesivo.

Figura 1. Curso en funcin del tiempo de la corriente de cortocircuito.

IkCorriente alterna inicial de cortocircuitoA Valor inicial de la corriente continua.

IsCorriente de choque de cortocircuito1Curva envolvente superior

IkCorriente permanente de cortocircuito2Corriente continua atenuada

3 Curva envolvente inferior.

La variacin en el tiempo de las amplitudes de corriente depende sobre todo de los datos elctricos de las mquinas sncronas, de las caractersticas de los reguladores de tensin y de los equipos de excitacin, as como de la clase de defecto (de cortocircuito unipolar o multipolar, mltiple). Igualmente las variaciones del estado de conmutacin de la red debidas a la actuacin de los dispositivos de proteccin de la red o fusibles pueden influir sobre el valor y el proceso de atenuacin de las corrientes de cortocircuito.

Tambin la situacin local del punto de avera en la red tiene una gran influencia sobre el curso en el tiempo de las corrientes de cortocircuito. Si el punto de avera se halla en las proximidades de un generador sncrono, la corriente alterna de cortocircuito es relativamente alta en comparacin con la corriente nominal de aqul. Entonces, los procesos de compensacin en la mquina sncrona hacen que en la fase predominante inductiva de las corrientes de cortocircuito decrezcan mucho las amplitudes de las corrientes de cortocircuito. Si, por el contrario, el punto de avera se halla muy alejado elctricamente se la mquina sncrona queda casi invariables las amplitudes de las corrientes alternas de cortocircuito. Por ello, se distingue el cortocircuito prximo al generador:

Ik = < Ik

En un cortocircuito prximo al generador, la corriente inicial de cortocircuito, Ik, es en una mquina sncrona, por lo menos el doble de la corriente nominal del generador.

Ejemplos:

Cortocircuito en bornes del generador: Cortocircuito en la barra colectora de la central

Cortocircuito alejado del generado:

Ik Ik

En caso de un cortocircuito alejado del generador, la corriente alterna de cortocircuito permanece casi invariable.

Ejemplos:

Cortocircuito en una red alimentada mediante transformadores desde una red superpuesta con elevada potencia de generador.

La desconexin de la corriente de cortocircuito mediante un interruptor est asociada siempre a un retardo de tiempo. El retardo mnimo de maniobra viene dado por el tiempo de mando (tiempo de actuacin) del rel de proteccin de la red y el tiempo de desconexin del interruptor.

En caso de un cortocircuito prximo al generador, la corriente de corte es menor que la alterna inicial de cortocircuito. Resulta:

IaCorriente alterna de desconexion:

Valor eficaz de la corriente de cortocircuito al desconectar un interruptor en el instante de la primera separacin de los contactos.

Para el corte de la corriente de cortocircuito se utilizan tambin fusibles en instalaciones de alta tensin hasta 30 kV y en instalaciones de baja tensin. Para intensidades superiores a 20 hasta 30 veces la corriente nominal del fusible, la lmina de ste se funde tan rpidamente que la corriente se interrumpe antes de alcanzar su valor de cresta. El valor mximo de la corriente de cortocircuito que se produce realmente, es decir, la corriente de paso ID del fusible, es entonces sensiblemente menor que el valor de cresta de la corriente de cortocircuito que se producira sin fusible, y, por lo dems, en las mismas condiciones.

IDEs la corriente de paso de un fusible o de cualquier otro dispositivo de corte de actuacin rpida:

Valor instantneo mximo de la corriente durante el proceso de desconexin.

A las corrientes alternas de cortocircuito van superpuestas otras continuas, por lo menos en dos conductores (fases) de la red trifsica, las cuales se atenan desde un valor inicial A (fig. 1) hasta un valor cero. El valor inicial de la corriente continua depende del instante en que comienza el cortocircuito. La constante del tiempo de atenuacin viene determinada por el cociente entre las resistencias activas y reactivas (inductancias) del tramo de cortocircuito. Debido a la corriente continua superpuesta, la de cortocircuito transcurre primero, al tener lugar la avera, de forma asimtrica respecto a la lnea cero (fig. 1), por lo que se produce un valor de cresta Is particularmente alto. Segn VDE 0102, resulta:

IsCorriente de choque de cortocircuito:

Valor instantneo mximo posible (valor de cresta) de la corriente de cortocircuito.

Las corrientes continuas superpuestas son distintas en cada uno de los tres conductores de la red trifsica, pero su suma es en todo insntante igual a cero. En la figura 1 se representa la corriente de cortocircuito del conductor con la componente continua mxima posible.

De los distintos tipos de avera (fig. 2), en lo que respecta a solicitaciones del aparato de maniobra y a los efectos de las corrientes errneas, interesan en primer lugar el cortocircuito tripolar, el unipolar a tierra y el doble a tierra.

El clculo de las corrientes de cortocircuito en caso de defectos asimtricos exige mayor complejidad y ms datos que el clculo de un cortocircuito tripolar (simtrico). En el captulo 5 se dan detalles para el clculo de averas simtricas.

Figura 2. Clases de defectos y designacin de sus corrientes.

Los mtodos para la deteminacin de las corrientes de cortocircuito son en realidad independientes de la tensin nominal de la red. Sin embargo, estos se caracterizan en algunos casos por cuanto se refiere a los datos del aparato que ha de emplearse y a las simplificaciones admisibles. Por esta razn, en lo sucesivo, si es necesario, se har una diferenciacin entre:

HS: Alta tensin (A.T.)

Instalaciones trifsicas con tensiones nominales superiores a 1kV.

NS: Baja Tensin (B:T.)

Instalaciones trifsicas con tensiones nominales hasta 1000 V.

El clculo completo de los valores de corriente interesantes es muy complejo, debido a los distintos tipos de procesos electromagnticos de compensacin en las mquinas sncronas y en la red [4]. Por ello, para reducir la complejidad del clculo se dan en las normas VDE 0102 los factores , y con los que, partiendo de la corriente alterna inicial de cortocircuito IK, se pueden calcular las corrientes de cortocircuito Is, Ia e Ik. En la figura 3 se indica un esquema para el clculo de una red sin ramales de corriente. De todos modos, con algunas ampliaciones, este esquema de calculo es aplicable tambin a las redes con ramales de corriente.

Fig. 3. Esquema del clculo de la corriente de cortocircuito en una red sin ramales de corriente.

Corriente alterna inicial

Corriente de choque de cortocircuito

EMBED Equation.3 segn la figura 6

segn la tabla 3

Corriente alterna de desconexin

( segn la fig. 7

InG = Corriente nominal del generador

Corriente permanente de cortocircuito

( segn la fig. 8

(mx : excitacin con tensin mxima

(min : Excitacin en vaco

_1091089009.unknown

_1091089788.unknown

_1091090764.unknown

_1091286086.doc

_1091910671.unknown

_1091090057.unknown

_1091090113.unknown

_1091089382.unknown

_1091089711.unknown

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_1091088974.unknown

_1091089002.unknown

_1091023934.unknown