FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y...
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA EVALUACIÓN DE CORTOCIRCUITOS PARA LA SELECCIÓN DE PROTECCIONES EN INSTALACIONES DE BAJA TENSIÓN COMERCIAL Y/O INDUSTRIAL INFORME DE SUFICIENCIA PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE: INGENIERO ELECTRICISTA PRESENTADO POR: GEORGE MARCOS BLANCO JUSTO PROMOCIÓN 1987-1 LIMA- PERÚ 2008
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA
FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA
EVALUACIÓN DE CORTOCIRCUITOS PARA LA SELECCIÓN DE PROTECCIONES EN INSTALACIONES DE BAJA TENSIÓN
COMERCIAL Y/O INDUSTRIAL
INFORME DE SUFICIENCIA
PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE:
INGENIERO ELECTRICISTA
PRESENTADO POR:
GEORGE MARCOS BLANCO JUSTO
PROMOCIÓN 1987-1
LIMA- PERÚ 2008
EVALUACIÓN DE CORTOCIRCUITOS PARA LA SELECCIÓN DE PROTECCIONES EN INSTALACIONES DE BAJA TENSIÓN COMERCIAL Y/O INDUSTRIAL.
A mis padres por su confianza y apoyo
SUMARIO
Para un proyecto eléctrico de distribución, sea este efectuado en el sector comercial,
industrial y/o minero, los requerimientos técnicos y económicos son importantes y
significativos, por ello entre otros aspectos a considerar, es importante la adecuada
determinación de las protecciones eléctricas, ya que ello incidirá en los costos del mismo
y más aún en la confiabilidad y seguridad de operación actuando finalmente como un
sistema.
Es por ello que mediante diversos cálculos se deben garantizar las diversas protecciones
de una instalación eléctrica:
• Protección contra sobrecargas
• Limitaciones de las caídas de tensión
• Protección contra cortocircuitos
• Comprobación de las solicitaciones térmicas
• Protección contra contactos indirectos
En este Informe en lo que compete a la selección de protecciones eléctricas, se trata de
llamar la atención a establecer como práctica, la importancia y evaluación del cálculo del
cortocircuito a lo largo del sistema eléctrico, ya que ello contribuirá a tener más y mejor
información para poder seleccionar adecuados equipos de protección en lo que se
refiere a interruptores termo magnéticos
PRÓLOGO
CAPITULO 1
INDICE
PROTECCIONES EN SISTEMAS ELECTRICOS
1.1 Introducción
CAPITULO 11
CORTOCIRCUITO
2.1 Concepto
2.2 Características de la corriente de cortocircuito
2.3 Consecuencia de los cortocircuitos
2.4Establecimiento de la intensidad de cortocircuito
CAPITULO 111
METODOS DE CÁLCULO DE CORTOCIRCUITOS
1
2
6
6
9
10
3.1 Introducción 12
3.2 Valor de la corriente de cortocircuito lec en el origen de la instalación 12
3.2.1 Alimentación con transformador AT/BT 12
3.2.2 Alimentación a través de un alternador 14
3.3 Valores de cortocircuito en cualquier punto de la instalación 15
3.3.1 Método de las Impedancias 15
3.3.2 Método de la composición 19
CAPITULO IV
CONCEPTOS COMPLEMENTARIOS AL CÁLCULO DE LA CORRIENTE DE
CORTOCIRCUITO
4.1 Protección contra las sobrecargas 20
4.2 Coordinación o Filiación 22
4.2.1 Coordinación entre equipos corrientes arriba y corrientes abajo 22
4.2.2 Coordinación a 3 niveles 23
4.3 Selectividad de los equipos de protección 23
4.3.1 Selectividad amperimétrica 24
4.3.2 Selectividad cronométrica 25
4.3.3 Selectividad lógica 26
CAPITULO V
EQUIPOS DE PROTECCION ELECTRICA
5.1 Interruptor termomagnético 27
5.2 Principales componentes en un interruptor termomagnético 27
5.2.1 Relé térmico 27
5.2.2 Relé Magnético 28
5.2.3 Relé electrónico 28
5.3 Arco eléctrico 29
5.4 Coeficiente de limitación del interruptor automático termomagnético 29
5.5 Características de los interruptores termomagnéticos 31
5.5.1 Tensión de utilización asignada Ue (en V) 31
5.5.2 Tensión de aislamientoUi (en V) 31
5.5.3 Tensión de choque Uimp (en kV) 31
5.5.4. Corriente asignada In (en A) 31
5.5.5 Poder de corte último lcu (en kA) 31
5.5.6 Poder de corte de servicio les 32
5.5. 7 Corriente de corta duración admisible lcw (en kA) 32
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 33
ANEXOS 35
BIBILIOGRAFÍA 47
VII
PRÓLOGO
El objetivo de este informe es el de analizar la importancia de determinar y considerar los
valores de las corrientes de corto circuito en los diferentes niveles de una instalación
eléctrica en baja tensión, ya que las dimensiones de dicha instalación eléctrica, los
materiales que se van a instalar, la selección de los equipos de protección para la
instalación y responsables de un sistema eléctrico, lo necesitan.
Es necesario reconocer que el cálculo completo de las instalaciones es extremadamente
largo, complejo e incluso agotado para haber justificado el desarrollo permanente de
medios de ayuda práctica: cuadros-notas, normas de cálculo, hasta los programas
informáticos que permiten obtener rápidamente resultados precisos y fiables.
Sin impugnar estos progresos innegables es necesario también reconocer que cuanto
más elaboradas son las herramientas, menos sabemos como funcionan, es un poco
como abrir el capó de un automóvil moderno.
Con esta constatación, este informe tiene el objetivo de recordar las pautas esenciales
que permiten determinar las protecciones adecuadas para la instalación eléctrica en baja
tensión, en este caso centralizándonos principalmente en el cálculo de las corrientes de
cortocircuito para luego efectuar la selección adecuada del equipo de protección eléctrica.
Se proporcionara información práctica y detallada de algunas herramientas disponibles
para la resolución de problemas, así como procedimientos sobre la mejor forma de
utilizarlas y que que se complementan para una aplicación práctica.
CAPITULO 1
PROTECCIONES EN SISTEMAS ELECTRICOS
1.1 Introducción
En la selección de las protecciones de todo proyecto eléctrico se encuentran
involucrados diversos conceptos y evaluaciones que deben considerarse para garantizar
el sistema eléctrico (fig 1.1 ):
• Protección contra sobrecargas
• Limitación de las caídas de tensión
• Protección contra cortocircuitos
• Comprobación de las solicitaciones térmicas
• Protección contra contactos indirectos
Comprobación de las solicitaciones térmicas
Protección contra sobrecargas
corrientes indirectas
Comprobación de las caídas de tensión
Protección contra corrientes de defecto
Fig 1 . 1 Condiciones para elección de protecciones eléctricas
3
Cualquier instalación eléctrica debe esta protegida contra los cortocircuitos y esto, salvo
excepción, en cada punto que se presenta una discontinuidad eléctrica, lo que
corresponde casi siempre con un cambio de sección de los conductores. La intensidad de
la corriente de cortocircuito debe calcularse para cada uno de los diversos niveles de la
instalación para poder determinar las características de los componentes que deberán
soportar o cortar la corriente de falla.
Se empieza por evaluar dicho valor en el origen de la instalación, y después en cualquier
punto según diversos métodos cuya elección depende de la importancia de la instalación,
de los datos disponibles y del tipo de comprobación a efectuar.
El flujo lógico a seguir (figura1 .2) para conocer las diferentes corrientes de cortocircuito y
los parámetros que permiten realizar los cálculos para cada uno de los dispositivos de
protección.
�aguas.arriba
�2r,ciad�
� �1ador��------------1.- �
F actc,r je- po:e-ncia :-Jef,�.e�;t-e d':' s ml/tarr�ie'3d c.-:,Ef ;.·¡ent� de u:iliz3cíln coef:,;.�er,t� de .3mpliaci6.n
Car�oteri:súcas de los -�nduc.1ore,.s:t--
-� ■ j�ego de barras:
- es1=�scr. - ancho, -l<mgiiud;
■ ,:,,sb/es: - tipo de a.1s!ant�. - un1pc'iar o mult:polar, - i,�rgirud. ·SEOCiéo:
■emcmo: - te mp-era.tura ambientE, - r!todo d� instala·ción, - riUmero de circt.rtos juntos.
1r.t':"rrs;d.Jde,s r,crr,.inale-s de l�.s de-�i1Jacion,es. r.aíctas Ce tensió-n
Interruptor �---,-----,..--1 automatico ._ ______ __, general
.----...... -----, Interruptores auto maticos
..,_. ________ --4 de distribución ,_ ______ __, del TGBT
Interruptores auto maticos
1-------�.;;..;.;;..;;._--4 de :as deri•..-aciones ,_ __ """"'"" ___ __, secundarias
.------'------, Interruptores automaticos
i-----------1 de las deri•;-aciones '----''----',-------' terminales
Fig 1.2 Procedimiento de cálculo de Ice para una instalación
t
4
Una vez determinado el valor de Ice es posible seleccionar y regular adecuadamente las protecciones, para lo cuál también se deberá utilizar curvas intensidad vs tiempo (figuras 1.3, 1.4 y 1.5).
�-SS
1
1
1
1
1
1
1
1
2
1 1 1 1
--------t----1--1 1
1 1
1 1 1 1
1 1 1 1
1 1
1 1
1 1
1 1 1 1
8a1 > 8a2
Fig 1.3 Características 12t de un conductor en función de la temperatura ambiente (1,2 representan el valor eficaz de la corriente del conductor; 12 es el límite de corriente en régimen permanente
Corrien:e 1 [de i
11, fur;:: o- : ,, �. Cara,::rerísticas del c:able nam1en�:� : \; \,,....--- o car.acteristica ft
1 •• \ 1 r\ \: : \ � Curv·ade 1 r d' f, 1 r 1sparo del
I' 1 1 SobrecanJ� 1 -..., ,, mterrupior tempora: ·-+=:_� -� automático
¡¡¡ >' \ l : : ·---�-- \j , 1 -r ------------1 ! ! ! !5 1r lz lec PdC ··►
l
característica del cable o característica I2
t
curva de fusión
1 del fusible 1 1 1 1 1 1 1 1
1 1
-•--------------! ------------ ---�---------------·, ,,, ,,,,,, ,, ,, ,,,,,,_, ,, ,,,,,..
I8 Ir Iz I
Fig 1.4 Protección de un circuito por a:,¡ interruptor termomagnético
Fig 1.5 Protección de un circuito por un fusible aM
5
Es necesario conocer dos valores de corriente de cortocircuito:
• La corriente máxima de cortocircuito, que determina:
o El poder de corte -PdC- de los interruptores automáticos
o El poder de cierre de los dispositivos de maniobra.
o La solicitación electrodinámica de conductores y componentes.
El valor corresponde a un cortocircuito inmediatamente aguas abajo de los
bornes del elemento de protección.
• La corriente mínima de cortocircuito, indispensable para elegir la curva de
disparo de los interruptores automáticos y fusibles, especialmente cuando:
o La longitud del cable es importante y/o la fuente es relativamente de
alta impedancia.
Recordemos que la corriente mínima de cortocircuito corresponde a un cortocircuito
producido en el extremo de una derivación protegida, cuando se produce un defecto
bifásico en las condiciones de explotación menos severas.
En todos los casos, cualquiera que sea la corriente de cortocircuito (de mínimo a
máximo), la protección debe de eliminar la falla en un tiempo (te) compatible con la
solicitación térmica que puede soportar el cable a proteger, la Norma IEC actualmente
vigente establece que la energía específica pasante a través del interruptor durante el
cortocircuito no debe superar el máximo valor de energía soportable por el cable
protegido. Por lo tanto el cable estará protegido solo cuando se cumple la siguiente
relación (formula 1.1 ):
Donde:
1 r ' [u t)l� dt _:::; K2 sz• e
, . J
(Fomula 1.1)
K: constante que depende del tipo aislamiento
S: Sección del cable
2.1 Concepto
CAPITULO 11
CORTOCIRCUITO
El cortocircuito es el fenómeno que se presenta cuando dos o más fases (o neutro) se
ponen accidentalmente en contacto entre si. En este caso la corriente en circulación
asume valores extremadamente altos y se debe interrumpir en un tiempo muy breve.
2.2 Características de la corriente de cortocircuito
En las instalaciones eléctricas pueden producirse diferentes tipos de cortocircuitos,
siendo sus principales características:
• Por su duración:
o auto extinguible, transitorio y permanente.
Por su origen:
o Factores mecánicos (rotura de conductores, conexión eléctrica
accidental entre dos conductores producida por un objeto conductor
extraño, como herramientas o animales).
o Debidos a sobretensiones eléctricas de origen interno o atmosférico.
o Causados por la degradación del aislamiento provocada por el calor, la
humedad o un ambiente corrosivo.
o Por su localización: dentro o fuera de una máquina o un tablero
eléctrico.
Desde otro punto de vista, los cortocircuitos pueden ser (figura 2.1 ):
• Monofásicos: 80% de los casos.
• Bifásicos: 15% de los casos. Los de este tipo, suelen degenerar en trifásicos
• Trifásicos: de origen, sólo el 5% de los casos.
-i, conocircuiio trifásico simetrico
e\ cortocircuito entre fases, con puesta a tierra
L3 --; :-. ------ -¡__
L2 ,. --------., .. :---
Ll
, ' lk' �--___. 1k'
rk·f
IJ: cortocircuito entre fases. aislado
L3
=:�-: ��-¡.__-_ -___.f-ik-C :;:::
d) cortocircuito fase-tierra
L3
L2
L1
--,:.-·--¡-Ik-·,·.:-:
Fig 2.1 Diferentes tipos de cortocircuito
7
La corriente estimada de cortocircuito en un punto de una instalación es la corriente que
se tendría al hacerse una conexión de resistencia despreciable entre los conductores con
tensión.
El valor de esta corriente es un valor estimado, porque representa la peor condición
posible (impedancia de falla nula, con tiempo de disparo largo) de tal manera que permita
que la corriente alcance el valor máximo teórico)
En la realidad el cortocircuito se manifiesta con valores de corriente efectiva,
considerablemente menores.
La intensidad de la corriente estimada de corto circuito, depende esencialmente de los
siguientes factores:
• Potencia del transformador de fuerza, mientras mayor sea la potencia, mayor será
la corriente
• Longitud de la línea al punto de falla, mientras mayor sea la distancia, menor será
la corriente
8
La condición más grave del cortocircuito es el trifásico simétrico o equilibrado (figuras 2.2
2.3 y 2.4)
corriente(!) �---- corriente de corto circuito
asimétrica
componente de C.D.
TIEMPO
componente simétrica
comportamiento real
comportamiento real
Fig 2.2 Comportamiento del cortocircuito trifásico simétrico
E = tensión entre fases
Fig 2.3 Corrientes del corto circuito trifásico
ICCFF = ✓3 E / ( 2ZE + 2ZL) (2.1)
ICCFN = E/ (ZE + 2ZL) (2.2)
ICC3 =E/ ( ZE+ ZL) (2.3)
Por eso la formula básica de cálculo de la componente simétrica es:
E Tensión de la fase.
ZE Impedancia equivalente en el secundario del transformador MY, medida
entre fase y neutro
ZL Impedancia del conductor de fase
tiempo(t)
Si se considera también la impedancia del neutro
( ZL = ZLF + ZLN} (2.5)
9
la misma formula es válida para calcular la corriente estimada de corto circuito para las
líneas monofásicas ( fase - neutro)
Para las instalaciones en baja tensión la corriente estimada de cortocircuito se considera
la componente simétrica.
Aunque las pruebas de capacidad interruptiva de los interruptores automáticos están
basadas en la componente simétrica, no es correcto para fines de la protección de
cortocircuito en B.T. tener en cuenta el valor pico de la corriente de cortocircuito.
2.3 Consecuencia de los cortocircuitos
Depende de la naturaleza y duración de los defectos, del punto de la instalación afectado
y de la magnitud de la intensidad (figura 2.4):
• Según el lugar del defecto, la presencia de un arco puede:
o Degradar los aislantes
o Fundir los conductores
o Provocar un incendio o representar un peligro a personas
• Según el circuito afectado, pueden presentarse:
o Sobre-esfuerzos electrodinámicos, con:
• Deformación de juego de barras
• Arrancado o desprendimiento de los cables.
• Sobrecalentamiento debido al aumento de pérdidas por efecto Joule, con riesgo
de deterioro de los aislantes ..
• Para los otros circuitos eléctricos de la red afectada o de redes próximas:
o Bajadas de tensión durante el tiempo de la eliminación del defecto, de
algunos milisegundos a varias centenas de milisegundos
o Desconexión de una parte más o menos importante de la instalación,
según el esquema y la selectividad de sus protecciones.
o Inestabilidad dinámica y/o pérdida de sincronismo de las máquinas
o Perturbaciones en los circuitos de mando y control.
10
Fig 2.4Cortocircuito de un tablero para una antena de telecomunicaciones Puno
2.4 Establecimiento de la intensidad de cortocircuito
Una red simplificada se reduce a 1.ma fuente de tensión alterna constante, una
impedancia Zcc, que representa todas las impedancias situadas aguas arriba del
cortocircuito (conductores y transformadores) y una impedancia Zs de la carga
rZcc
Zs
B
Fig 2.5 Esquema simplificado de una línea Eléctrica
Ice =VF1Zcc (2.6)
Zcc = R +jX (2. 7)
En el esquema de la figura 2.5, circula por la red la intensidad de servicio Is.
Cuando se produce un defecto de impedancia despreciable entre los puntos A y B,
aparece una intensidad de cortocircuito, lec, muy elevada, limitada únicamente por la
impedancia Zcc.
Cuando se produce un cortocircuito se origina una corriente inicial de cortocircuito cuya
amplitud disminuye gradualmente y se llega a un valor que se denomina corriente
permanente de cortocircuito.
11
Se pueden producir dos casos:
• Corriente de cortocircuito simétrica. Si al instante de producirse el corto la fem
del generador fuese máxima, la intensidad en este caso tiene forma simétrica.
• Corriente de cortocircuito asimétrica. Si al instante de producirse el corto la
fem del generador fuese distinto de su valor máximo. La· intensidad en sus
inicios, tiene forma asimétrica, y la amplitud mayor que la anterior, pues a la
componente alterna se le superpone una componente unidireccional.
La experiencia indica que la amplitud máxima de la corriente de corto circuito asimétrica
tiene como valor medio 1.8 veces la amplitud de la corriente de cortocircuito simétrica
(figura 2.6) y formulas 2.2 y 2.3·
Fig 2.6 Curvas del comportamiento de la corriente Ice simétrica y asimétrica
lmax = 1.8 ✓2 lec (2.8)
lmax = 1.8 ✓2 Vn/Zcc (2.9)
1?,
CAPITULO 111
METODOS DE CALCULO DE CORTOCIRCUITOS
3.1 Introducción
La determinación de los valores de cortocircuito en todos los puntos de una instalación es fundamental para la elección del material. Se empieza por evaluar dicho valor en el origen de la instalación y después en cualquier punto según diversos métodos cuya elección depende de la importancia de la instalación, de los datos disponibles, del tipo de comprobación a efectuar, etc. Las normas proponen diversos métodos:
3.2 Valor de la corriente de cortocircuito Ice en el origen de la instalación
3.2.1 Alimentación con transformador AT/BT
En caso de alimentación con un transformador AT/BT, debe considerarse no solo la impedancia del transformador, sino también la de la red AT anterior.
• Impedancia de la red de AT
La impedancia de la red AT, contemplada desde el lado BT, puede obtenerse del distribuidor, y medirse o calcularse a partir de las siguientes formulas
Zr-,: (m x U")2
1:en mn) ... (3.1). .,,. skQ
m : factor de carga en vacio tomado igual a 1.05 Un: tensión nominal de la instalación entre fases, en Voltios Sko: potencia de cortocircuito de la red AT, en kVA
En ausencia de datos precisos referentes al distribuidor de energía, la norma CEI 909 dice que se calculen las resistencias y reactancias (valor en mO ):
Ro = 0,1 x X0 (3.2) Xa = 0,995 x Z0 (3.3)
• Impedancia del Transformador
Z _ (m x Un)2 Ucc len mQ) (3.4) Tr - Srr x 100
m : Factor de carga en vacío, tomado igual a 1.05 Un : Tensión nominal de la instalación entre fases, en voltios Str : Potencia asignada del transformador, en KVA Ucc: Tensión de cortocircuito del transformador, en%.
13
Los valores de las resistencias y de las reactancias vienen determinados a veces por el constructor. En caso contrario, pueden calcularse utilizando las siguiente formulas (valores en m!l)
RTr = 0.31 X ZTr ( 3.5) (3.6)
Las siguientes tablas proporcionan los valores de resistencias, reactancias y cortocircuitos trifásicos máximos (impedancia AT nula) para los transformadores sumergidos y secos. Los valores que figuran en los catálogos de los fabricantes pueden ser ligeramente inferiores, ya que generalmente se calculan para una tensión de 41 OV (tabla 3.1 y 3.2)
'.-:�-�_. _:;{
S(kVA) 50 100 160 200
. In (A}, 69 ·137 220 275 Uw(%) 4 4 4 4
lm(kA} 1.,81 .3,61 6,78 7.22. R.;. (ma) 43,75 21,9 13,7 10,9
Xm(n\O) ·• 134,1 67 41,9 .3.1;5
250
344 4
9,03.
8,76
'-��.s --
TABLA 3.1
315
.433
4
11;37•·
400 500 630 800 1 000 l 250 1 600
·sso · · 687 · sea r 100 ·. 1375 1 t1a 2200
4 4 4 6 6 6 6
2000 2500
2749 3437
6 6
48;15 60,18
6,84 5.47 4,38 3,47. 4,10 3,28 2,63 2,05 t,84 1,31
:21;�/
Transformadores trifásicos sumergidos en dieléctrico líquido
TABLA 3.2
S(kVA) 100 160 200 250 315 400 500 630 800 1 000 1 250 1 600 2 000 2 500 In (A). 137 220
Ucc(o/o) 6 6 ,6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 lcc'.;(kA) 2;41 3,85
Rm(mn) 32,8 20,5 16,4 13,1 10.42 8,2. 6,56 5,21 4,10 3,28 2,63 2,05 1,64 1,31 -Xm(mP) 100 62,8 50,3 40,2 31,9 25,1 20,11 1s,9á . 12,57. 1o;os .S.04 · .6,28 5,03 4,02
Transformadores secos Trifásicos
3.2.2 Alimentación a través de un alternador
Los valores de corriente de cortocircuito pueden calcularse del siguiente modo:
ICC3 = C X m X Uo / X'd (3.5)
lcc2 = ✓3 /2 X ICC3 (3.6)
ICC1 = (3 XC X m X Uo)/ 2 X X'd +Xo (3.7)
Reactancia transitoria en mn
X'd = (Un2/SG) (X'd/100) ( 3.8)
Reactancia de secuencia cero en mn
Xo = (Un2/SG) (Xo/100) (3.9)
m : Factor de carga en vacío, tomado igual a 1.05
C : Factor de tensión, tomado igual a 1.05 para valores máximos y a 0.95 para
los valores mínimos
Un : Tensión nominal entre fases, en Voltios
Uo : Tensión entre fases y neutro, en Voltios
SG : Potencia del alternador , en KVA
14
X'd : Reactancia transitoria, en %, tomada igual al 30% a falta de información más
precisa
Xo : Reactancia de secuencia cero, en %, tomada igual a 6% a falta de información más
Precisa
Debido a su elevada impedancia interna, los aternadores generan corrientes de corto
circuito mucho más débiles que las generadas por transformadores de potencia
equivalente.
Los poderes de corte de los aparatos de protección serán más pequeños pero, en
contrapartida, la protección contra cortocircuitos y contactos indirectos será más difícil de
obtener.
El desarrollo de un cortocircuito que aparece en los bornes de un alternador puede
descomponerse en tres períodos:
• Periodo subtransitorio : de 1 O a 20 ms, durante el cuál el nivel de cortocircuito es
el más elevado ( > 5In )
• Periodo transitorio : 200 a 300ms, durante el cuál el cortocircuito es del orden de 3
a 5In.
15
• El nivel de cortocircuito se estabiliza a continuación a un nivel que puede ir de 0.3
a 5In en función del tipo de excitación del alternador.
Algunos niveles de cortocircuito trifásico en un alternador ( Tabla 3.3)
TABLA 3.3
. .
P (kVA) 100 160 200 250 315. 400 500 630 800
lccsmax (kVA) 0,53 0,85 1,06 1,33 1,67 2,12 2,65 3,34 4,24
Niveles de corto cicircuito de un alternador
3.3 Valores de cortocircuito en cualquier punto de la instalación
3.3.1 Método de las Impedancias
1000 1250
5,30 6,63
Con este método, se puede determinar el valor de un cortocircuito en cualquier punto de
la instalación totalizando las resistencias y las reactancias del bucle de fallo desde la
fuente hasta el punto en cuestión y calculando la impedancia equivalente.
Para aplicar este método es imprescindible conocer todas las características de los
diferentes elementos del bucle o lazo de falla.
Los valores de cortocircuito se calculan entonces aplicando la ley de Ohm (formula
general):
lec = e x m x Uc, = � x '?,1 x UoZr::.c ✓:ER,.
+ I,X2
(Formula 3.10)
(3.10)
c : Factor de tensión tomado igual a 0.95 para los cortocircuitos mínimos y a 1.05 para los
cortocircuitos máximos.
m : Factor de carga, tomando igual a 1.05
Uo: Tensión de la instalación entre fase y neutro, en Voltios.
Zcc: Impedancia total del bucle de fallo en el punto considerado. Es una suma vectorial
de las resistencias y reactancias que componen_ el lazo o bucle.
16
Los diferentes tipos de cortocircuitos máximos y mínimos se deducen a partir de la
siguiente formula general:
• Corriente de cortocircuito trifásico
Ir "' -
Cmax X m X Uo '-..C.irnax - .
. 2 2
'1 (Ro + Rs + RrhA + pos L ) + (xo + Xs + XrhA + A-L-)Ph X nph nph
• Corriente de corto circuito bifásico
-13 lcc2111ax =
2 X lcc3max (3.12)
Para calcular el valor mínimo del cortocircuito bifásico, hay que sustituir:
(3.11)
o pO por p1 para una protección mediante interruptor automático, o por p2 para
una protección por fusible
o Cmáx por Cmín.
• Corriente de cortocircuito monofásico fase - neutro:
1 1 ' = Cmox X m X Uo ce, n,ox i ) .,
�(1
Ro+Rs+RrhA+RNA+poxl(s l +s l ))� +(xo+Xs+XPhA+XNA+l .. (-1 +-1 _))u
, Ph X ílPh N X ílN , ílPh ílN
(3.13)
Para calcular el valor mínimo del cortocircuito bifásico, hay que sustituir:
o po por P1 para una protección mediante disyuntor, o por p2 para una
protección con fusible
o Cmáx por Cmín
17
• Corriente de fallo:
Id -= Cmin X m X a X Uo
o j 1
. 1 l ))2
( � ( 1 l ))-\¡ lRo + Rs + RrhA + RrEA + p I X l(s + s + Xa + Xs + XPhA + XPEA + A - + -. Ph X nph PE X npe nph nPE
(3.14) Cmáx, Cmín: factor de tensión, tomado igual a 0,95 (Cmín) para los cortocircuitos mínimos y a 1,05 (Cmáx) para los cortocircuitos máximos m : Factor de carga, tomado igual a 1,05 a : 1 en el esquema TN, 0,86.en el 1T sin neutro y 0,5 en el IT con neutro U0: Tensión de la instalación entre fase y neutro, en Voltios Ra, Xa : Resistencia y reactancia equivalentes de la red Rs, Xs : Resistencia y reactancia equivalentes de la fuente RPhA, XPhA : Resistencia y reactancia de un conductor de fase desde la fuente hasta el origen del circuito considerado RNA, XNA: Resistencia y reactancia de un conductor de neutro desde la fuente hasta el origen del circuito considerado RPEA, XPEA: Resistencia y reactancia de un conductor de protección desde la fuente hasta el origen del circuito considerado Po, P1, P2: Resistividad de los conductores (véase tabla 3.4) L: longitud del circuito considerado, en m SPh, nN: sección y número de conductores en paralelo por fase del circuito considerado SN, nN: sección y número de conductores en paralelo para el neutro del circuito considerado SPE, npE: sección y número de conductores en paralelo para el PE del circuito considerado
Las impedancias de los cables se calculan mediante las siguientes formulas:
L R = p x 103-- !en mn) ne >< Se
(3.15)
p : resistividad del conductor , en Omm2/m { véase cuadro adjunto ) Se : sección del conductor , en mm2 ne : número de conductores en paralelo L: longitud del conductor, e metros
X = ').., J_ (en m!])ne
(3.16)
'A : reactancia lineal del conductor, en mO ( véase cuadro adjunto )
Se : sección del conductor, en mm2
ric : número de conductores en paralelo
L: longitud del conductor, e mts
18
Valores de algunos parámetros para conductores de cobre y/o aluminio (tablas 3.4 y 3.5)
TABLA 3.4
.. · R·ésistividad d�tJ;i����JJj:�r·::·a(�t/ .· _ cortocircuito cal�ul�.t� f�; �r��,tii•ª�4;�9�. �-9�:
. . . , • ' .•,• '· , ; .. ,, •.. : · .
Fallo Resistividad Conductor Cu (nmm2/m)
Ice máxima Po 0,01851
Interruptor p, = 1,25 Po 0,02314 Ice mínima
Fusible P1 = 1,5 Po 0,02777
Id P1 = 1,25 Po 0,02314
Requisitos P1 = 1,25 Po 0,02314 térmicos
Conductor Al (nmm2/m)
0,0294
0,0368
0,0441
0,0368.
0,0368
Resistividad de conductores en función de corto circuito calculado
TABLA 3.5
Cables y montajes Reactancia lineal 'A. (mn f. m)
Cables rnulticonductores 0,08 o monoconductores trenzados
Cables monoconductores contiguos en capa 0,09
Cables monoconductores separados por más de un diámetro
0,13
Reactancia de conductores en función del tipo de cable y tipo de montaje
19
3.3.2 Método de la composición
Este método es una aproximación simplificada. Conociendo la corriente del cortocicircuito
trifásico en el origen de la instalación, permite evaluar la corriente de cortocircuito
presumible lcc3 en el extremo de una canalización de longitud y sección dadas: Este
método se aplica a instalaciones cuya potencia no sobrepasa los 800KV A
La corriente máxima de cortocircuito en cualquier punto de la instalación se determina
mediante el siguiente cuadro, partiendo:
• Del valor de cortocircuito presumible en la cabeza de la instalación
• De la longitud de la línea
• De la naturaleza y sección de los conductores
CAPITULO IV
CONCEPTOS COMPLEMENTARIOS AL CÁLCULO DE LA CORRIENTE DE CORTOCIRCUITO
4.1 Protección contra las sobrecargas
La norma IEC 364 establece que los circuitos de una instalación (salvo algunas
excepciones) deben estar provistos de un equipo de protección adecuado, para
interrumpir la corriente de sobrecarga antes de que provoque un calentamiento excesivo
que dañe el aislamiento del cable o el equipo conectado en el circuito.
Para asegurar la protección de acuerdo con la norma IEC 364 es necesario que se
cumplan las siguientes reglas:
• Regla 1) 18 :5 In :5 lz
• Regla 2) lt :5 1.435 lz
Donde:
Is Corriente demandada por la carga del circuito
In Corriente nominal del Interruptor
lz Capacidad de conducción de corriente del cable
lt Corriente convencional de disparo del interruptor automático
La regla 1 satisface las condiciones generales de protección contra sobrecarga.
La regla 2 se emplea para la protección contra sobrecarga; un interruptor
automático requiere que la corriente de funcionamiento seguro lf, no sea nunca superior a
1.45 In ( 1.3 In según IEC 947-2 o 1.45In según IEC 898)
lt = 1.45 In (para interruptores residenciales)
lt = 1.30 In (para interruptores industriales)
lf se debe verificar siempre en caso de que el dispositivo de protección sea un fusible
Analizando la regla general de protección Is :5 In :5 lz resulta evidente que se pueden
realizar dos condiciones de protección distintas:
21
La condición de protección máxima (figura 4.1 ), utilizando un interruptor con una corriente
nominal próxima o igual a la corriente demandada 18
La condición de protección mínima (figura 4.2), escogiéndolo con una corriente nominal
próxima o igual a la máxima capacidad de conducción de corriente del cable.
Esta claro que escogiendo la condición de protección máxima se puede presentar la
situación de afectar la continuidad del servicio, aunque estará garantizada la operación
del interruptor aún en casos de cargas anormales que puedan soportarse.
Por otra parte la selección de un interruptor con una corriente calibrada igual a la
capacidad de conducción del cable, llevaría a la máxima continuidad del servicio y al
máximo aprovechamiento del cobre instalado.
Condición de máxima protección ln=IB
IB lz
In lt
1�451z
]
Fig 4.1 Condición de protección máxima
Condición de mínrma protección ln=lz
IB lz 1.45Ii.
ln lf
Fig 4.2 Condición de protección mínima
1
22
4.2 Coordinación o Filiación
La coordinación o filiación contemplada en la Norma IEC 364 y 947-2 tiene por objetivo
la optimización económica de una instalación eléctrica, utilizando el poder de limitación
de los equipos de protección (Interruptores automático)
Esta autoriza la utilización de interruptores automáticos que tengan una capacidad de
ruptura inferior a la corriente de cortocircuito presunta en su punto de utilización, con la
condición de que se ubique aguas arriba un equipo de protección que posea la capacidad
de ruptura requerida.
El o los equipos situados aguas abajo pueden estar instalados en el mismo tablero que el
equipo corrientes arriba (asegurando esta coordinación) o en un tablero corrientes
abajo.
Las coordinaciones solo pueden ser entregadas por los fabricantes de acuerdo a sus
ensayos.
4.2.1 Coordinación entre equipos corrientes arriba y corrientes abajo
El poder de corte de un equipo de protección debe ser al menos igual al cortocircuito
máximo susceptible de producirse en el lugar en que dicho equipo esta instalado.
Se admite que el poder de corte sea inferior al cortocircuito máximo presumible, con las
siguientes condiciones.
• Que este asociado a un equipo instalado antes que el con el poder de corte
necesario en su propio punto de instalación.
• Que la energía limitada por la asociación de los equipos pueda ser soportada por
el equipo situado a continuación en la instalación.
Por lo tanto, la asociación permite realizar ahorros sustanciales. (figura 4.3)
1 t lccmax = 30 kA
r DPX 250 ER 250 APdC= 50 kA
lccmax = 23 kA
DX 40 A - Curva CPdC sólo= 10 kA PdC en coordinación con
DPX 250 ER = 25 kA
Fig 4.3 Coordinación de dos equipos de protección
23
4.2.2 Coordinación a 3 niveles
La coordinación puede realizarse a tres niveles ( figura 4.4 ), si se cumple al menos una
de las siguientes condiciones:
• El equipo A situado corriente arriba de la instalación debe tener un poder de corte
suficiente en su punto de instalación. El equipo By el equipo C se asocian con el
equipo A. Basta comprobar si los valores de asociación B+A y C+A tienen los
poderes de corte necesarios. En este caso, no hace falta comprobar la asociación
entre los aparatos B y C.
• La coordinación se realiza entre equipos sucesivos, teniendo el primer equipo A
un poder de corte suficiente en su punto de instalación el equipo C se asocia con
el equipo B que, a su vez, se asocia con el equipo A. Basta comprobar que los
valores de asociación C+B y B+A tienen los poderes de corte necesarios. En este
caso, no hace falta comprobar la asociación entre los equipos A y C.
B
_r_ Fig 4.4 Coordinación de 3 nivleles de equipos de protección
4.3 Selectividad de los equipos de protección
La selectividad es una técnica que consiste en coordinar las protecciones de manera
que una falla en un circuito, no active más que la protección situada en la cabecera de
dicho circuito, evitando inutilizar el resto de la instalación. La selectividad mejora la
continuidad del servicio y la seguridad de la instalación (figura 4.5)
24
A
c D E
Fig 4.5 Selectividad entre dos equipos de protección
La selectividad entre A y B recibe el nombre de "total" si esta garantizada hasta el valor
de cortocircuito máximo presumible en el lugar donde B esta instalado.
En los demás casos, la selectividad entre A y B recibe el nombre de "parcial".
Se puede definir pues un límite de selectividad que indique el valor de la corriente de
cortocircuito por debajo del cuál sólo se abrirá el interruptor automático B y por encima
del cuál se abrirá también A.
Para verificar que 2 equipos de protección son selectivos entre si, los fabricantes ponen a
disposición tablas y curvas de operación.
Existen varias técnicas que permiten realizar la selectividad:
• Selectividad amperimétrica, utilizada para circuitos terminales con corto circuitos
débiles.
• Selectividad cronométrica, garantizada por un retardo de la activación del equipo
de protección situado corrientes arriba.
• Selectividad Lógica, variante de la selectividad cronométrica, utilizada en equipos
de protección electrónica, gracias a una conexión específica entre los equipos de
protección.
4.3.1 Selectividad amperimétrica
Esta técnica se basa en el desfase en intensidad de las curvas de disparo de los equipos
de protección automáticos situados antes y después. Se verifica comparando dichas
curvas y comprobando que no se solapan. Se aplica a la zona de sobrecargas y a la de
cortocircuitos y es tanto mejor cuanto más difieren entre sí los calibres de los equipos
• En sobrecargas
Para que haya selectividad en la zona de sobrecargas, el índice de las corrientes
de ajuste (Ir) debe ser al menos igual a 2.
25
• En cortocircuitos
Para que haya selectividad en la zona de cortocircuitos (figura 4.6), el índice de
las corrientes de ajuste magnético (lm) debe ser al menos igual a 1,5. El límite de
selectividad es pues igual a la corriente de disparo magnética lmA del equipo
automático situado antes. Por lo tanto, la selectividad es total mientras Ices sea
inferior a lmA. La selectividad amperimétrica se adapta bien a los circuitos
terminales, donde los niveles de cortocircuitos son relativamente bajos. En los
otros casos, la selectividad amperimétrica debe completarse a veces con una
selectividad cronométrica.
B: interruptor autornático
st!uado después A: interruptor automático � situado antes
:\ 1
: ":
! "iL: : , -�1F:::::::::::::::::::::::::· �-1 1 1
Sólo abre B 1 1 1 1 A y B abren
'.- - ... .• , .. "I'" .•... "" - + "" 1- - - - -1 - - - - - - - - - - -
1 ;e, l,A. : lccB 1 _
1�8 l�A
La selectividad es total para Ieee
Fig 4.6 Selectividad en zona de cortocircuitos entre dos equipos de protección
4.3.2 Selectividad cronométrica
Esta técnica se basa en el desfase de tiempo de las curvas de disparo de los
interruptores automáticos en serie. Se comprueba comparando las curvas y se aplica a
la selectividad en la zona de cortocircuitos. (figura 4. 7) Se utiliza como complemento de
la selectividad amperimétrica a fin de obtener una selectividad superior a la corriente de
ajuste magnético del interruptor automático situado antes (lmA).
Por lo tanto, es preciso que:
• El equipo automático situado antes sea temporizable
• El equipo automático situado antes sea capaz de soportar la corriente de
cortocircuito y sus efectos durante toda la temporización
26
Las canalizaciones recorridas por dicha corriente puedan soportar los esfuerzos térmicos
(12t).
El tiempo de no disparo del aparato situado antes debe ser superior a la duración de
corte (incluyendo una eventual temporización) del aparato situado después.
Los equipos automáticos poseen varias posiciones de ajuste de su temporización a fin
de realizar una selectividad a varios niveles.
t (s)
----
Tm ,---+:..:.:.:...._ 11. _ - - -
----
1 (A)
Fig 4. 7 Selectividad cronométrica entre dos equipos de protección
4.3.3 Selectividad lógica
Se realiza entre dos equipos que se comunican a través de una conexión específica.
Cuando el interruptor automático situado después detecta un fallo, envía una señal al
aparato situado antes, el cual asumirá una temporización de 50 ms. Si el aparato situado
después no ha podido eliminar el fallo en ese lapso de tiempo, intervendrá el aparato
situado antes. Los activadores electrónicos de los equipos automáticos están diseñados
para llevar a cabo una selectividad l(>gjca. -------
con conexión especifica
Fig 4.8 Selectividad lógica entre dos equipos electrónicos de protección
CAPITULO V
EQUIPOS DE PROTECCION ELECTRICA
5.1 Interruptor termomagnético
Un interruptor automático es al mismo tiempo un dispositivo de corte capaz de establecer,
soportar e interrumpir corrientes de una intensidad igual como máximo a su corriente
asignada (In), y un dispositivo de protección capaz de interrumpir automáticamente
corrientes de sobreintensidades que pueden ser provocadas por fallas en las
instalaciones.
Los interruptores automáticos se dividen en dos grandes categoría: los interruptores de
potencia (caja moldeada), y los interruptores modulares.
La elección de las características de un interruptor está condicionada por el
dimensionado de la instalación.
5.2 Principales componentes en un interruptor termomagnético
La detección de sobreintensidades se realiza mediante tres dispositivos diferentes:
térmicos para sobrecargas, magnéticos para cortocircuitos y electrónicos para ambos.
Los interruptores térmicos y magnéticos, generalmente asociados (interruptores
automáticos magnetotérmicos ), poseen una técnica probada y económica, si bien
ofrecen menos facilidades de regulación que los interruptores electrónicos.
5.2.1 Relé térmico
Está constituido por un termoelemento cuyo calentamiento por encima de los valores
normales de funcionamiento provoca una deformación que libera el cierre de bloqueo de
los contactos. El tiempo de reacción de un termoelemento es inversamente proporcional
a la intensidad de la corriente. Debido a su inercia térmica, cada nueva activación del
circuito disminuirá su tiempo de reacción. Los interruptores automáticos DPX permiten
regular la corriente de activación Ir entre determinados límites (0,4 a 1 In, según los
modelos).
28
5.2.2 Relé Magnético
Está constituido por un bucle magnético cuyo efecto libera el cierre de bloqueo de los
contactos, provocando así el corte en caso de sobreintensidad elevada. El tiempo de
respuesta es muy corto (del orden de una centésima de segundo). Los interruptores de
potencia poseen un ajuste de lm (hasta 1 O x Ir) que permite ajustar el valor de disparo a
las condiciones de protección de la instalación ( corriente de fallo y contacto indirecto).
Además, dicho ajuste permite buscar las mejores condiciones de selectividad entre los
equipos.
5.2.3 Relé electrónico
Un toroidal, situado en cada conductor, mide permanentemente la corriente en cada uno
de ellos. Esta información es tratada por un módulo electrónico que acciona el disparo del
interruptor cuando se sobrepasan los valores de ajuste. La curva del interruptor presenta
tres zonas de funcionamiento:
• Zona de funcionamiento «instantáneo».
Garantiza la protección contra cortocircuitos de alta intensidad. Viene ajustada de
fábrica a un valor determinado (5 a 20 kA según los modelos).
• Zona de funcionamiento de «retardo corto».
Garantiza la protección contra cortocircuitos de intensidad menor, generalmente
en el extremo de línea. El umbral de activación suele ser regulable. La duración
del retardo puede llegar por pasos hasta un segundo a fin de garantizar la
selectividad con los aparatos situados a continuación.
• Zona de funcionamiento de «retardo largo».
Es asimilable a la característica de un interruptor térmico. Permite garantizar la
protección de los conductores contra sobrecargas.
29
5.3 Arco eléctrico
El corte de la corriente tiene lugar en la cámara de corte del interruptor, concebida para
controlar el arco eléctrico ( figura 5.1 ), que se produce al abrirse los contactos. La energía
del arco puede llegar a ser considerable, de hasta 1 00kilojulios y 20,000ºC, pudiendo
provocar la erosión de los contactos por vaporización del metal. Por lo tanto, conviene
"extinguir" el arco lo antes posible para reducir sus efectos.
El arco magnético producido por el arco (que es un conductor) se utiliza para llevarlo a
una "cámara de corte "y estirarlo hasta su extinción.
Ice : presumible - - - - - - - - -:- ----�- ---
'
Ice limitada-
,,,,. Limitación de la energía
t
U restablecida
t
Fig 5.1 Comportamiento de un interruptor termomagnético !imitador
5.4 Coeficiente de limitación del interruptor automático termomagnético
Todos los dispositivos de interrupción automática contra cortocircuito presentan (después
del tiempo del pre-arco) una resistencia al arco que impide, al final de la primera
semionda, llegar al valor de pico lp como se muestra en la figura 5.2 .
Se llama coeficiente de limitación C del aparato a la relación entre la corriente efectiva de
pico lpL y la corriente de pico teórica lp
e= lpL/lp
30
El coeficiente de limitación C está en relación directa del tiempo de pre-arco y en relación
inversa de la tensión de arco.
De la figura que ilustra a tal fenómeno se puede deducir que también los interruptores de
tipo estándar con tiempo largo de pre-arco( 3ms) y muy bajo valor de tensión de arco(
25% de Vmax de red) tienen coeficiente de limitación de alrededor de 0.8(1imitando cerca
del 20% de la corriente de pico teórica)
La última generación de interruptores !imitadores puede tener tiempos de pre-arco
inferiores a 1 ms y elevada tensión de arco obteniendo coeficientes de limitación inferiores
a 0.2.
Esto significa que una corriente de pico teórica de 10KA (que corresponde a una Ice 6KA
) esta limitada solo a 2KA ( que corresponden a una Ice = 1.5KA)
Esta teoría de evaluación de la eficacia de los interruptores obtenida del diagrama lp/lcc,
explica que el poder de interrupción de los !imitadores es superior comparados con los
interruptores de tipo rápido de las mismas dimensiones.
Ir---,/. '\. Ir,.--+-- ', I. •• . ,,.
1 '
' \T \
LlrrtlilciC.r de !.a c-::merte de ¡:tco
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b
·,,. ... -Kv
,;:;.;eb-:ltin entr-e � temlán de ¡jea ·Va 'l el \',5« ma:i.¡rno de ten�; \f
2 rns ..
1,5 ffili
1,0 rns
0,:5miE.
D,2mG
0,2E• :J,50 C-,75 1 1,25
Fig 5.2 Coeficiente de limitaciónC en función del tiempo de pre-arco y de la
tensión de arco
J K
31
5.5 Características de los interruptores termomagnéticos
5.5.1 Tensión de utilización asignada Ue (en V)
Tensión o tensiones bajo las que puede utilizarse el interruptor. El valor dado es
generalmente el máximo. A tensiones inferiores, ciertas características pueden ser
diferentes, incluso mejores, como el poder de corte.
5.5.2 Tensión de aislamiento Ui (en V)
Este valor sirve de referencia para las características de aislamiento del aparato. Sobre
esta base se determinan las tensiones de prueba dieléctrica (onda de choque, frecuencia
industrial).
5.5.3 Tensión de choque Uimp (en kV)
Este valor caracteriza la aptitud del aparato para resistir sobretensiones transitorias
debidas al rayo ( onda normalizada 1,2/50µs.
5.5.4. Corriente asignada In (en A)
Es el valor máximo de corriente que el interruptor puede soportar de manera permanente.
Este valor viene siempre dado para una temperatura ambiente en torno al aparato de
40 ºC según la norma CEI 60947-2, y de 30 ºC según la norma CEI 60898. Si la
temperatura a la que se utiliza el aparato es superior, puede ser necesario disminuir la
corriente de utilización
5.5.5 Poder de corte último lcu (en kA)
Es el valor máximo de corriente de cortocircuito que puede cortar un interruptor
automático bajo una tensión y un desfase ( cos 0) determinados. Las pruebas se realizan
siguiendo el orden O - t - CO; O representa una maniobra de apertura, t un intervalo de
tiempo y CO una maniobra de cierre seguida de una maniobra de apertura automática.
Después de la prueba, el interruptor debe seguir proporcionando un cierto nivel de
seguridad mínimo (seccionamiento, comportamiento dieléctrico).
En la norma CEI 60898, el poder de corte del aparato se prueba de la misma manera,
pero recibe el nombre de len. Tras la prueba, el interruptor debe conservar sus
propiedades dieléctricas y poder activarse según las especificaciones de la norma.
32
5.5.6 Poder de corte de servicio les
Es el valor de lcu expresado en porcentaje, entre los valores: 25% ( categoría A sola
mente), 50%, 75% ó 100%. El automático debe poder funcionar normalmente tras haber
cortado varias veces la corriente les siguiendo la secuencia O-CO-CO. La norma CEI
60898 indica los valores mínimos que deben alcanzarse en función de la len del aparato.
Durante la explotación, es muy raro que un interruptor automático tenga que cortar la
corriente máxima de cortocircuito presumible ( que ha servido para determinar su poder
de corte mínimo). Por el contrario, podrá verse obligado a cortar corrientes más débiles.
Si son inferiores a la les del aparato, significa que podrá continuar siempre funcionando
correctamente tras el corte y que la instalación podrá volver a ponerse en marcha
inmediatamente. Cabe señalar que hasta el momento, pocas o ninguna norma de
instalación hacen referencia a la les.
5.5.7 Corriente de corta duración admisible lcw (en kA)
Es el valor de la corriente de cortocircuito que un interruptor automático de categoría B
es capaz de soportar durante un periodo determinado sin que sus características se
alteren. Este valor está destinado a permitir la selectividad entre aparatos. El interruptor
en cuestión puede permanecer cerrado durante el tiempo de eliminación del fallo
mediante el dispositivo situado a continuación, en tanto en cuanto la energía I2t no
sobrepase el valor de lcw2 ( 1 s ).
Por convenio, el valor lcw viene dado para un tiempo t = 1 s. Para otra duración t, ésta
deberá indicarse, por ejemplo lcw0.2. Será conveniente entonces comprobar que la
limitación térmica I2t, generada hasta el corte del dispositivo situado a continuación, es
efectivamente inferior a lcw2t.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
1. Actualmente en nuestro país, las diferentes e importantes inversiones de diversas
empresas transnacionales en diferentes sectores obligan a replantear los
enfoques en el diseño de un proyecto eléctrico, ampliando y considerando otros
conceptos que añadirán valor técnico y equilibrio en los costos del mismo.
2. Algunas transnacionales importantes foráneas con inversiones en el país están
desarrollando sus diseños en sus respectivos países, dejando de lado al
profesional local. Cabe anotar que en la comparación de dicha ingeniería se nota
la diferencia, favoreciendo poco al desarrollo local entre otras cosas por falta de
conocimiento del mismo
3. El análisis y diseño incluyendo otros conceptos permiten entender mejor el
proyecto eléctrico como un sistema, de una manera más completa, si no los
consideramos como por ejemplo el poder de corte, estamos desde ya entre otras
cosas determinando valores o parámetros que nos llevarán finalmente a
seleccionar equipos de protección no adecuados técnica ni econonómicamente
En tal sentido, un sistema eléctrico bajo estas consideraciones tendrá poca
confiabilidad y seguridad en su servicio.
4. La utilización y difusión de estos conceptos contribuirá a ordenar la confusión
existente todavía en nuestro sector de la baja tensión, y no encontrarnos con
técnicos que solicitan e instalan equipos de protección con poder de corte por
ejemplo de más de ?OKA en muchas edificaciones para uso residencial,
comercial e industrial en los cuáles el punto de alimentación para toda la
edificación no supera los 50KA.
5. Actualmente ya se cuenta en el mercado con diferentes recursos para determinar
el poder de corte, selectividad, filiación, y otros parámetros de cualquier sistema
eléctrico, ya que son proporcionadas por las diferentes empresas que fabrican los
equipos de protección, ya que ellas destinan parte de sus recursos en
investigación y desarrollo.
34
6. Si bien algunas marcas contribuyen a la difusión y capacitación a los diversos
actores del mercado eléctrico, los centros de formación profesional y/o técnica
también deberán actualizar sus diversos contenidos y procurar la enseñanza y
uso adecuado de los conceptos eléctricos.
ANEXOS
E¡,emplo
l
l '9m 1rf ,,,� l �m
___ 1 ... · -� 2.41-:,,.
l: porte: - kc i::-ri:jen:24 k.4- cobl8 de•=•::,br8: 110 rrirn- k:·rtf1itud75 rn 17:� r11:--'; le:. ¡:,:,steri-::,r:11 _q y,/,
,•¡,: •d rt• ' L ,,,,J ':ó.
- ,,: e ort'.�Vc·n:1 J .q k/4., r'='":::Jon· d2-cmck• o 1 S k.A. - eJbiE- ,:le
-- k-n;::iilud :�1 � r-;··¡ 1 2 :: f'¡"¡ :¡
k:: ¡:-::,:.t":-r!-.:ir:
··; ¡,,:,
Cobre
g1<Jv 400
ANEXO A
EJEMPLOS DE APLICACIÓN
Seeci,:,n longitud de la canalización (en metros) de loe conduc1ore�
de fas.e (mm"'.I 1.5 1.� 1,9. 2 ,62,5 1,1 1,5 2,1 !3,0 4,3 4 1,7 1,8 21:J 2,7 6,9 6 1,4 2,0 2,0 41) 5,E, 7,9 10 2,1 3,0 -4,3 6,1 9,6 12,1 1'7
115 1,7 2 ,4 9,4 4,9 6,B 9,7 1-4- 19 27 2,5 1,9 i,9 'iU 8,9 5,4 7,6 10,7 1-5 21 00 � 35 1 ,9 2,6 2..7 5,9 7,5 10.6 15 21 00 42 (j(¡
5,:1 1,0 2.5 9,6 5,1 7,2 10,2 14 2 0 28 41 58 81 71) 2,6 3,7 5,8 7,5 11),6 15 21 !3(1 42 &:! tl5 120 re 2.5 3-.6 s. 1 7,2 10,2 14 :20 29 41 58 i31 115 100
/, ·_ ;f/;JJ-�Jt'.\1t�.•l!f•f 1t!, 2,9 8;1! 4,5 8,<1- 9,1 18 1í,J 2e ,ga. ,5t. illJJ 100. us 9:6
150 1 -':◄ .� i ,7 2,5 95 4,9 7,0 9,8 t4 20 28 00 se 78 112 ;se, 223
195 1,5 2,1 2,9 4,1 5,9 82 11,7 16 29 98 47 66 "'ª 102 197 2€,,t
240 1,8 2.e 8,8 5,1 7,9 10;-S 15 21 29 41 58 82 1113 164 232 929 1))(1 2,2 2,1 4,4 6,2 l!,7 ,2,9,. 17 25 !35 49 70 99 1.40 19S Z'/9 935
2 :i< 121) 2,3 9;2 4,5 M 9,1 12,8 ·19 26 86 51 73 1CO 145 205 291 411 2X1E'l) 2,5 95 4,9 7.0 9,,;l 14 20 � :3l' 56 79 112 158 223 {�16 447 2 X 1€6 2,€' 4,1 5,9 8,2 11,7 16,5 29 00 41 $6 98 1j2 1-91 264 '11i'S 528
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Ice Corriente d.e cortocircuito al nivel considerado (lec po&terior en kA) 10v 1"'<1<.0 .. 1. "" ,., �,J , ... ,'! n,,. ..,...., ,,.., , .. ,;:, l-q,,;� :::.1 • .i:; .. ..... 1a.0 lll,� -, .. \2 7.'I t>,4 a,s 2,8 :.!,13 90 82.7 92,7 90,1 76,l 72.1 1)3,6 60,1 52,8 45,1 37.4 !30, 1 2-S,6 1a.1. 1:3.� 10, 1 7,3 5,!l. :3,8 2,1 .:!,U
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,. ,l!IS ..,..._ 24,4 24,4 24.2 20.� 29A 22,8 22,'i: :OOJ! 19,ll 18;0 18.1 1-4;0 'fl� 9,8 7,9 6,1 4,6 !3.4 2,6 1,9
en kA Z,) 19,'5 Hl.6 19,5 19J 191) 19,6 1er 17,!3 16A 15,2 13,9 12,3 10,8 9.8 7,2 5,7 4,4 (l,9 2,5 1,8 15 14.8 14.9 14.7 14,f. 14,4 14,2 19,9 19,4 12,8 12.2 11,8 10,2 9,0 7,7 6,4 5.2 4,1 (l,2 fl',4; 1,8 10 9,9 9,9 9,9 r;,s 9,7 9,1:1 8,5 9,8 9,0 8,6 !!,,2 7,6 6,9 6,2 5,9 4.4 'J/5 2,8 :.::� 1,, 7 7,0 7,0 ':sll 6,9 6,9 6,8 e,1 6,6 13,S 6,9 e, 1 5,7 5,9 4.9 4,9 9,7 3,1 2,S :::,v l,tl
5 5,0 5,0 5,-0 5P 4,8 4,9 4,& 4,9 4,7 4,6 4,5 4,9 4, 1 8.S 3,6 3,1 2,7 2,2 1,8 1,4 4 4,0 4,0 4,0 4.0 4,0 !3,9 ,9,,9 3,9 j,8 :3,8 ,9,,7 Q,6 3,4 9,2 9,0 2,7 2,9. 2,0 1,/ 1,<! :3 .9.,0 .?,,O ,9,,0 Q¡') .9.,0 0,0 .9,,0 2,9 2,.9 2,9 2,9 2,7 2,6 215 2,4 2,2 2,0 i,7 1,5 1,2 2 2,0 2,0 2,0 2,0 2,1) 2,ú 2,0 2,0 2,0 1,9 1,9 1,9 1,8 1,8 1,7 1,6 1,5 1,8 1 ... 1,0 1 1,0 1,0 1,0 ; /JI t,O 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 o» 0;9 0,9 0,8 0,8 0,7 0,7
Sección Aluminio de los conduct>)rae longitud de la. canaliz:ació,n (en n,etro:s}
de fa .5e (mm··1 2/5 1,3 ,,e 2,7 M 5,4 7,6 10,E 4 1,1 1,5 2,2 :3,0 4,3 6,1 -8,6 l" 11
6 1,6 1,7 2,5 3,6 4,9 7,0 9,9 14 E,-i 1(1 1.5 2,1 2,9 4,1 5,9 8,2 i 1,E 16 2<! ;,13
11:í 2,2 ,9,,0 4,9 e.1 8,6 12 17 24 ,M .o!� f>-Y
2,5 1,7 2,4 :3.4 4,9 6,7 8,5 rn 19 27 � 54 76 109 � 1,7 2,4 .'!,9 4,7 6,7 9,4 1:3 19 27 99 58 75 ll'I 1 :,1 !:,,) 1,6 2,9 a.2 4.5 6,4 9,0 19 18 26 !3B 51 72 1('r,2 145 ros
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152 216 .a.l;j ;,';.v.:;
200 410 ""''
37
ANEXO B
En este ejemplo se realiza un cálculo completo de instalación según el método de las
impedancias. En el campo de la protección de personas, también se realiza un cálculo
completo de la corriente de fallo, siendo ésta, en el ejemplo, siempre inferior al
cortocircuito monofásico, por lo que servirá de referencia para la regulación de los relés
magnéticos de los interruptores automáticos.
Sea una instalación en esquema TN 230/400 V, alimentada por un transformador AT/BT
de 630 kVA (Ucc: 4%), siendo la potencia de cortocircuito de la red HT de 500MVA.
Sko =500 MVA
Sr, = ó:30 kVA U,.:c = 4 �:.:;l,. = e,6ó A
,, ·• •'•✓,,--71, ce.:, = L.c._,U r<A
CobreiPR Sr= 2x185 mm2
SN = 2 >( i 85 mm2
SPE = 1 :x.95 mm2
IB = 866 .A lz = 1054 AL = 5 rn
RedAT
Zr (rn �; UnP = ( 1 ,05 X 400)2 = O 35� .Q
'"" Sto 500000 ' � rn
X,:;,= O, 995 x Zo = 0,351 mf.1 et Ro= O, 1 x X::i = 0,035 mn
RQ = 0,035 mn X,�= 0,351 mQ I.R = 0,035 mil LX= 0,3 51 mil
Transformador AT /BT • Cálculo de kc>.
Zr, =
(m .x Un)2
:>: Ucc = (1,05 >< 400)2
x� = l l 2 mÓSr, 100 630 100 '
Rr, = 0.31 ,. Zr, = 3,.472 mi1 et Xr, = O, 95 ,; Zr, = 10,640 mn
Rr, = 3,472 mil Xr, = 10,64001!1 LR=3,507mn IX= 10,991 m.O
::::, leo = 1 , 05 x 1,05 x 231 == 22 07 kA\13,5072 + 10,9912
Cable de llegada • Cálculo de leo
R = p· x 103 :,;·
L= 0,01 851 x 103 x 5
e O · · · · n, x Sr 2 x 1 85
X: = ;_ x _L_ = 0,08 ;-.: -� = O 200 m1ln1 2 '
0,.250 rnn
Ro: = 0,2 50 m.Q Xc = 0,200 m!l í:.R = 3,757 mfl :EX= 11,191 m.ü
=· ko =
1, 05 x 1,.05 x 231= 2 l,Sl kA
•,,1 3,7572+ 11,.1912
• p . �
1:,:.: = 21.57 kA
1 b.23
D1
Juego de barras
' ... "'
02
38
• Cálculo de Id
1 1 1 \ 11 1 l '1
R., =p1:<: ldx L 1,.n, ,,SF + nPE xSPE .1 = 0,02314 ;.,: 103 ;.:5 ,2 :,� 185 + 95} = 1,53 mQ
' 1 l ' 1 1 , Y"=;-.,, L 1 - + - l = 0,08 .• 5 1-2
+ l l = 0,600 mn•. n¡ npf ! •. ,.
1 Re= l ,.531 mü I X-:= 0,600 mQ I IR= 5 .. 038 mQ I IX= 1 1,591 m.r..t 1
=Id = 0,95 , 1,05 >: 231 = 18,23 kA \''5,0382 + 11,1912
Elección y ajustes del automatico de cabeza D 1• Calibre (In)Deberá ser ígL•al al menos a le. Entre lm soluciones ofrecid,::is, tomaremos un Df'X 160(de calibre 1 .600 A para permitir una evolución pos.terior de la instalación.• Poder de cortePdC ¿ leo = PdC ¿; 21 ,.5 7 kA El poder de corte del DPX 1600 es de .50 kA. • Número d-e polo�3P + N/2• Regulación del térmico (lr'Jle :::; Ir� lz ⇒ 866 � Ir s: 1 05A A. La regulación por lo lonto deberá estm entre 1
86it = 0,5A y � �fl¿• = 0, 64 .
Tomoremos Ir = 0,,6 :'<. In es decir Ir = 960 A.
• Regulación del magnético [lm)
lm <k -1,2Id: el follo má5 pequeño en el extremo de línea (nivel del juego de barros) 1,2: considerando una tolercmcia del 20% sobre la curva de activación
lm s; 1 8/1º ⇒ lm � 1 5 1 91 A
Lo regulación máxima posible e�.: lm = 1 O x Ir = 9 600 A.
Por regla general,. lm impedancias de lo& fuegos de barra& �n deiprecíables.
Elección y ajustes del automático de salida D2• Calibre (In]Debe 5er al menos igual a le. Escogeremos un DPX 250 ER de cc1libre 250 A.• Poder de cortePdC :;;: ko == PdC � 21,57 kA. El poder de corte del DPX 250 ER es de 50 kA. • Número de polo5 3P + N/2• Regulación del férmico (Ir)I� � Ir :s lz = 250 s Ir :f 269 A. La reguladón móximo es: Ir = 1 x In = 2.50 A
• Regulación del magnéticó {lm)1111 s /d2 ⇒ lm � 4r,�º ⇒ lm � 3658 A.
La regulcición es: lm = 1 O x In = 2500 A.
39
ANEXO C
TABLAS DE SELECTIVIDAD
Enseguida se muestran las diversas tablas de selectividad entre los interruptores
automáticos Bticino que están en conformidad con lo establecido en la Norma IEC 947-2.
Las tablas de coordinación se presentan para los diferentes valores de tensión de
alimentación en los sistemas trifásicos y monofásicos
• 230/240Vc.a
• 440Vc.a
• 480Vc.a
Los valores mostrados representan los límites de selectividad ( expresado en kA)
alcanzables por los dispositivos puestos corrientes abajo considerando la capacidad
interruptiva tanto del equipo puesto corrientes arriba como el instalado corrientes abajo
en conformidad con la normas IEC 947-2.
La letra "T" indica la selectividad total hasta el límite de la capacidad interruptiva del
dispositivo puesto corrientes abajo. El símbolo "*" indica en cambio que el límite de
selectividad coincide con el valor de disparo magnético del dispositivo corrientes arriba.
Los datos indicados en las tablas, en el caso de coordinación de dispositivos con
regulación magnética, están referidos a su máximo valor de regulación. En el caso
contrario de coordinación con dispositivos predispuestos con regulación de tiempos de
disparo los valores indicados en las tablas se consideran con regulación de los tiempos a
"O" (Disparo instantáneo).
Ejemplo de verificación de la selectividad
Para entender mejor la aplicación de las tablas de selectividad ver el ejemplo siguiente.
Se quiere determinar el límite de selectividad con la coordinación entre un interruptor
Megatiker ME1258 con ln=125A puesto arriba y un interruptor Btdin 60 con ln=32A en un
sistema monofásico a 230Vc.a.
Tomar en consideración la tabla de coordinación, posicionarse en el interruptor ME1258
sobre el valor de 125A. Recorrer sobre la columna correspondiente al valor 125A hasta
interceptar el valor correspondiente con el interruptor Btdin 60 a 32A.
El valor relevante es 8kA. Tal valor es el límite de selectividad de la coordinación, bajo el
cual se tiene solo el disparo del Btdin 60 y por arriba de este valor se puede presentar la
intervención del Megatiker ME125B.
Selectividad: Megatiker corrientes arriba y Btdin corrientes abajo {sistema monofásico¡
220V~ Trifásico
MA125 ME125B!N ME160B/ti/H MA/MHtML250
40 63 100 125 40 63 100 125 100 160 100 160 250
Btdin 60 6 T T T T T T T T T T T T T
10 T T T T T T T T 9 T T T T
H.l- 9 9 T T 9 9 T T 5 T 9 T T
20 6 6 T T 6 6 17 17 4 -15 5 T T
25 5 5 '10 10 5 5 10 rn 21 e. 4,5 T T
32 4 8 8 4 �' 8 3 6 4 14 T
40 3,5 € 6 3,5 6 6 2 5 3,5 9,5 T
50 5 5 5 5 4,5 3 7 T
63 4,5 4,5 'fr 5 4,5 4 3 6 T ·u
Btdin 100 6 T T T T T T T T T T T T T ce
10 T T T T T T T T 9 T 25 T T
16 9 9 T T 9 9 T T e: T 9 T T o -· .....
20 6 6 T T 6 6 17 17 4 15 5 T T '"\C: 5 5 10 10 5 5 10 rn 3 8 4,5 20 T
,_ L.-....· a>
'j·� 4 7 7 4 -: 7 ,, 6 4 14 T ..;,;;. 1 -·
4ü 3,S :,.5 5,5 3,5 5,5 5:5 2 5 3,5 ge: T a>
,-' "O
s: : 5 e C: 4.5 3 7 T e: - -.J -o
63 4.5 4,5 4,5 4,5 4 3 6 T ·u
Btdin 250 6 T T T j T T T T T a>
a>
1: T T T 7" 8 T 25 T T C/)
ro
16 9 !� T 1 ¡; T(1} ':l T T
,_ _, ro
-1·: 6 6 17 17 4 ¡5 ,- a.
..:...·..., ::: T T ro
,..,e: 5 5 1[, 1'' .., 6 4,5 2J T ::::, .__, Li �·
3: 4 7 7 3 E- 4 l4 T
42' ::�.5 e - i::,:: 2 5 " - g!:, T
a> - '. :::i ..J
i'-' _, ,::>
.-� e5 4.5 3 / T a>
:!-t.} - ::::,
'1 �-5 4,5 4 3 6 T 1) .,
(1) Be:ectiv:c{.::,,� teta: s-o:o ME 1 GDE,/t,L 31: ',,,:,_ G:)r, ME iGQH
MAi'MH./ML400 MAIMHIML400�30E MAIMHJ'ML630-800-1250 MAJMH63:0,1600ES
250 320 400 160 250 400 630 500 630 800 1000 1250 630 800 1250 1600
T T T T T T T T T T T T T T T T
T T T T T T T T T T T T T T T T
T T T T T T T T T T T T T T T T
T T T T T T T T T T T T T T T T
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