Tema 12 a conceptos generales de corrientes de cortocircuito rev jul07

CONCEPTOS
GENERALES
DE
CORRIENTES
DE
CORTOCIRCUITO
1. Definición y clasificación de los cortocircuitos.
2. Efectos de un cortocircuito.
3. Identificación de corrientes de cortocircuitos en IIEE (BT).
4. Cortocircuito trifásico equilibrado.
4.1. Defecto alejado del generador.
4.2. Defecto en la proximidad de un generador.
TEMA 12. CONCEPTOS GENERALES DE CORRIENTES DE CORTOCIRCUITO

CONCEPTOS
GENERALES
DE
CORRIENTES
DE
CORTOCIRCUITO
DEFINICIÓN Y CLASIFICACIÓN DE CCs
• Definiciones s/ Vocabulario Electrotécnico Internacional:
 Cortocircuito:
Conexión, accidental o intencionada, de relativamente baja resistencia o
impedancia, entre dos o más puntos de un circuito que están normalmente a
tensiones diferentes con una duración inferior a 5 s.
 Corriente de cortocircuito:
Sobreintensidad resultante de un cortocircuito debido a un defecto o a una
incorrecta conexión en un circuito eléctrico.
 Corriente de cortocircuito prevista:
Corriente que circularía si el cortocircuito fuera reemplazado por una conexión
ideal de impedancia despreciable, sin ninguna modificación de la alimentación.

CONCEPTOS
GENERALES
DE
CORRIENTES
DE
CORTOCIRCUITO
 Atendiendo a su duración:
Autoextinguible, fugaz y permanente.
 Atendiendo a su origen:
 Originados por factores mecánicos: rotura de conductores, conexión eléctrica
accidental entre dos conductores producida por un objeto conductor extraño
(herramientas o animales);
 Debidos a sobretensiones eléctricas de origen interno o atmosférico;
 Causados por la degradación del aislamiento provocada por: el calor, la humedad o
un ambiente corrosivo.
 Atendiendo a su localización:
Dentro o fuera de una máquina o un cuadro eléctrico.
• Clasificación:

CONCEPTOS
GENERALES
DE
CORRIENTES
DE
CORTOCIRCUITO
DIFERENTES CORTOCIRCUITOS Y SUS CORRIENTES. EL SENTIDO DE LAS FLECHAS INDICANDO LAS CORRIENTES ES ARBITRARIO UNE-EN 60909
L3
L2
L1
Ik
”
2
b) Cortocircuito entre fases, aislado.
c) Cortocircuito entre fases, con puesta a
tierra.
L3
L2
L1
Ik
”
2EL2
Ik
”
2EL3
Ik
”
2EL
d) Cortocircuito fase-tierra.
L3
Ik
”
1
L2
L1
• Clasificación:
 Atendiendo a las fases involucradas:
 Monofásicos: 80% de los casos;
 Bifásicos: 15% de los casos. Los de este tipo, suelen degenerar en trifásicos;
 Trifásicos: en origen, sólo el 5%.
L3
L2
L1
Ik
”
3
a) Cortocircuito trifásico equilibrado.
Para los cálculos, estas diferentes corrientes (Ik
”) se
distinguen por sus índices.
Corriente de cortocircuito.
Corrientes de cortocircuito parciales en los
conductores de fase.

CONCEPTOS
GENERALES
DE
CORRIENTES
DE
CORTOCIRCUITO
Depende de la naturaleza y duración del cortocircuito, del punto de la instalación afectado
y de la magnitud de la intensidad:
• En el punto del defecto, la presencia de un arco puede:
 Degradar el aislamiento;
 Fundir los conductores;
 Provocar un incendio o representar un peligro para las personas.
• En el circuito afectado, pueden presentarse:
 Sobreesfuerzos electrodinámicos, con:
 deformación de los juegos de barras;
 rotura o desprendimiento de los cables.
 Sobrecalentamiento debido al aumento de pérdidas por efecto Joule, con riesgo de
deterioro de los aislantes.
• En los otros circuitos eléctricos de la red afectada o de redes
próximas:
 Bajadas de tensión durante el tiempo de la eliminación del defecto ( ms a X*100 ms);
 Desconexión de una parte más o menos importante de la instalación, según el
esquema y la selectividad de sus protecciones;
 Inestabilidad dinámica y/o pérdida de sincronismo de las máquinas;
 Perturbaciones en los circuitos de mando y control, etc..
EFECTOS DE UN CORTOCIRCUITO
Efectos Térmicos: Dependen del valor eficaz de la corriente de cortocircuito y del tiempo en el que circula
(RI2t). Calentamiento de cables y barras.
Efectos Dinámicos: Dependen del cuadrado de la corriente de cresta (kIcresta
2). Esfuerzos entre
conductores, sobre soportes de barras y en la propia aparamenta.

CONCEPTOS
GENERALES
DE
CORRIENTES
DE
CORTOCIRCUITO
• Corriente de cortocircuito máxima, que determina:
 Poder de corte de la aparamenta de protección (interruptores automáticos o fusibles);
 Poder de cierre de dicha aparamenta;
 Solicitación electrodinámica de conductores y aparamenta.
Corresponde a un cortocircuito inmediatamente aguas abajo de los bornes del
elemento de protección en las condiciones de explotación más severas.
• Corriente de cortocircuito mínima para:
Elegir de la curva de disparo de los interruptores automáticos y fusibles, especialmente
cuando:
 La longitud de los cables es importante y/o la fuente o generador es relativamente
impedante (generadores-onduladores);
 La protección de las personas se basa en el funcionamiento de los interruptores
automáticos o de los fusibles, lo que es el caso concreto de los sistemas de
distribución (TN o IT).
Corresponde a un cortocircuito producido en el extremo una derivación protegida,
cuando se produce un defecto bifásico (o fase-neutro) en las condiciones de
explotación menos severas.
IDENTIFICACIÓN DE CORRIENTES DE CC EN IIEE BT

CONCEPTOS
GENERALES
DE
CORRIENTES
DE
CORTOCIRCUITO
CORTOCIRCUITO TRIFÁSICO EQUILIBRADO
• Defecto alejado del generador:
Zc
B
A
U
Zk
U
ZG
ZL
Zc
A
B
to])
Esen(w[t
2
dt
Ldi
Ri
U k
k 



iB
iB
R Lw
= 0
ik(t)
=0
ik(t)

CONCEPTOS
GENERALES
DE
CORRIENTES
DE
CORTOCIRCUITO
to])
Esen(w[t
2
dt
Ldi
Ri
U k
k 



2
2
k
(Lw)
R
Z 

R
Lw
arctg

k

Ecuación diferencial de 1er orden con solución:
DC
k i
i
i 

]
)
t
sen[w(t
Z
E
2
i k
o
k




t
Lw
R
k
o
k
DC )e
sen(wt
Z
E
2
i



 


 = Lw/R
to])
Esen(w[t
2
dt
Ldi
Ri
U k
k




Zc
B
A
U
Zk
U
ZG
ZL
Zc
A
B
ib
= 0
ik(t)
ib
=0
ik(t)
R Lw

CONCEPTOS
GENERALES
DE
CORRIENTES
DE
CORTOCIRCUITO
k/w
 Corrientes parciales de cortocircuito: Corrientes de cortocircuito que circulan por las
distintas partes de la instalación, que, en el caso general de cortocircuitos alimentados desde varias
fuentes, representan una porción de la corriente de cortocircuito.
 ik(t) (Corriente de cortocircuito): Corriente que circula por el punto donde se produce el
cortocircuito. Función que varía con el tiempo.
 I’’k (Corriente inicial simétrica de cortocircuito): Valor eficaz de la corriente simétrica en el
primer semiperíodo tras el cortocircuito.
 Ib (Corriente simétrica de corte): Valor eficaz de la componente simétrica que circula por el
interruptor en el momento en que se inicia la separación de los contactos. En los aparatos no
limitadores, este parámetro determina el poder de corte necesario.
 ip (Corriente máxima asimétrica de cortocircuito): Valor máximo de cresta instantáneo que
puede alcanzar la corriente de cortocircuito.
 Ik (Corriente permanente de cortocircuito): Valor eficaz de la corriente de cortocircuito (o
de su componente alterna) una vez finalizados los fenómenos transitorios del cortocircuito.

  Constante de tiempo (Lw/R): Constante de tiempo de la componente de continua.
]
k



 )
t
sen[w(t
Z
E
2
i o
k
a
t
Lw
R
o
k
DC e
sen(wt
Z
E
2
i



 )
k

 Régimen asimétrico (to=0):

t
2
2
I
k
=
2
2
I’’
k
U
A
2
2
I’’
k
i
iDC
ik
Envolvente inferior
Envolvente superior
I’’k
I’’k
≥Ib
Ib Ik
≥Ik
Instante del
cortocircuito
to=0
 i (t) (Corriente simétrica de cortocircuito):
Componente alterna de la corriente de cortocircuito.
id.c.:
Componente continua de la corriente de cortocircuito.
 A:
Valor inicial de la componente continua.
ib
/w
]
)
t
Esen[w(t
2
U o


i
p

CONCEPTOS
GENERALES
DE
CORRIENTES
DE
CORTOCIRCUITO
 I’’k (Corriente inicial simétrica de cortocircuito):
Valor eficaz de la corriente simétrica en el primer semiperíodo tras el cortocircuito.
 Ik (Corriente permanente de cortocircuito):
Valor eficaz de la corriente de cortocircuito (o de su componente alterna) una vez finalizados los fenómenos
transitorios del cortocircuito.
 ik(t) (Corriente de cortocircuito):
Corriente que circula por el punto donde se produce el cortocircuito. Función que varía con el tiempo.
 Ib (Corriente simétrica de corte):
Valor eficaz de la componente simétrica que circula por el interruptor en el momento en que se inicia la
separación de los contactos. En los aparatos no limitadores, este parámetro determina el poder de corte
necesario.
 i (t) (Corriente simétrica de cortocircuito):
Componente alterna de la corriente de cortocircuito.
 iDC:
Componente continua de la corriente de cortocircuito.
 Corrientes parciales de cortocircuito:
Corrientes de cortocircuito que circulan por las distintas partes de la instalación, que, en el caso general de
cortocircuitos alimentados desde varias fuentes, representan una porción de la corriente de cortocircuito.
 A:
Valor inicial de la componente continua.
 ip (Corriente máxima asimétrica de cortocircuito):
Valor máximo de cresta instantáneo que puede alcanzar la corriente de cortocircuito.
  Constante de tiempo (Lw/R): Constante de tiempo de la componente de continua.

CONCEPTOS
GENERALES
DE
CORRIENTES
DE
CORTOCIRCUITO
X
R
3
0.98e
1,02




k
p '
I'
2
i 

R/X
0,1904
1,57

0 0,196 0,37 0,4 0,63 0,7 0,77
Cos φ
1,0
1,2
1,4
1,6
1,8
2,0
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2

CONCEPTOS
GENERALES
DE
CORRIENTES
DE
CORTOCIRCUITO
 Régimen simétrico (to= /w):
]
)
t
t
(
w
[
sen
Z
E
i k
o
k




2 t
Lw
R
k
o
k
DC e
wt
sen
Z
E
i



 )
(
2

Instante del cortocircuito to= /w
/w

i
"
k
k I
I 2
2
2
2 
t
U

CONCEPTOS
GENERALES
DE
CORRIENTES
DE
CORTOCIRCUITO
• Defecto en la proximidad del generador:
 Régimen asimétrico (to= 0):
k/w
ib
/w
g
T
t
k
k
DC e
wt
sen
I
i



 *
)
(
'
'
2 0  ]
)
(
[
)
(
2 k
o
k
per t
t
w
sen
I
i 




d
'
T
t
k
o
k
k
tra e
*
]
)
t
t
(
w
[
sen
)
I
'
I
(
i




 
2

d
'
'
T
t
k
o
k
k
sub e
*
]
)
t
t
(
w
[
sen
)
'
I
'
'
I
(
i




 
2

i tra
i per
i sub
i
ik
t (s)
0,1 0,5
0,2
A
i
p
Periodo subtransitorio
Periodo transitorio
Periodo
permanente
I’’k
I’’k
Ik
≥ Ik
2
2
I’’
k
d
FN
k
X
U
I
'
'
'
' 
d
FN
k
X
U
I
'
' 
d
FN
k
X
U
I 
t(s)
Transitoria Permanente
0
)
wt
(
sen
e
'
'
I
]
)
t
t
(
w
[
sen
I
e
)
I
'
I
(
e
)
'
I
'
'
I
(
)
t
(
i
k
o
T
t
k
k
o
k
'
T
t
k
k
'
'
T
t
k
k
k
g
d
d




















2
2
id.c.
Subtransitoria
2
I’
k
2
I’’
k
2 (I’’k - I’k)
2 (I’k - Ik)
2 2 Ik

CONCEPTOS
GENERALES
DE
CORRIENTES
DE
CORTOCIRCUITO
 Régimen asimétrico (to= 0):
)
wt
(
sen
e
'
'
I
]
)
t
t
(
w
[
sen
I
e
)
I
'
I
(
e
)
'
I
'
'
I
(
)
t
(
i
k
o
T
t
k
k
o
k
'
T
t
k
k
'
'
T
t
k
k
k
g
d
d




















2
2
g
T
t
k
k
DC e
wt
sen
I
i



 *
)
(
'
'
2 0 
]
)
t
t
(
w
[
sen
)
I
(
i k
o
k
per 


 2

d
'
T
t
k
o
k
k
tra e
*
]
)
t
t
(
w
[
sen
)
I
'
I
(
i




 
2

d
'
'
T
t
k
o
k
k
sub e
*
]
)
t
t
(
w
[
sen
)
'
I
'
'
I
(
i




 
2


CONCEPTOS
GENERALES
DE
CORRIENTES
DE
CORTOCIRCUITO
 Régimen simétrico y asimétrico:
Transitorio Permanente
Subtransitorio
Asimétrico
Simétrico
i
t
t

CONCEPTOS
GENERALES
DE
CORRIENTES
DE
CORTOCIRCUITO
 Cálculo de Ib:
 Cálculo de Ik:
Necesaria en defectos cercanos a los alternadores y si la
protección queda asegurada por Int. Aut. retardados.
Determina el poder de corte de los Int. Aut.
Ib =  I’’k
: relaciona la influencia de las reactancias subtransitoria y
transitoria con Ir (corriente asignada del alternador).
Ik, depende del estado de saturación del circuito
magnético de los alternadores
Los valores máximo y mínimo en el caso de cortocircuito
alimentado por un Generador o una Máquina Sincrónica
(GS o MS):
 Corriente máxima (bajo máxima excitación del GS):
Ikmáx
=  máx * Ir
 Corriente mínima (bajo excitación constante -
mínima- en vacío de MS):
Ikmín =  mín * Ir
TURBOALTERNADORES
MÁQUINAS DE POLOS SALIENTES
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Corriente de cortocircuito trifasico Ik” /Ir
μ
Tiempo muerto nominal tmin
0,02s
0,05s
0,1s
>0,25s
0,6
0,8
1,0
1,2
1,7
2,0
Corriente de cortocircuito
trifásico Ik” /Ir
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
5,0
5,5
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Corriente de cortocircuito
trifásico Ik” /Ir
INDUCTANCIA DE SATURACIÓN
λ
λ
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
1,8
2,0
2,2
2,4
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
6,0
1,2
1,4
1,6
1,8
2,0
2,2
λmin
λmax
Xd sat
λmáx
λmín
Xd sat

CONCEPTOS
GENERALES
DE
CORRIENTES
DE
CORTOCIRCUITO NOTACIÓN UTILIZADA EN ESTE TEMA
Subíndices
 k o k3: Cortocircuito trifásico.
 k2: Cortocircuito bifásico.
 k1: Cortocircuito monofásico, fase-neutro o fase tierra.
Superíndices
‘’ : Valor inicial (subtransitorio).

CONCEPTOS
GENERALES
DE
CORRIENTES
DE
CORTOCIRCUITO
BIBLIOGRAFÍA
 Roger Folch, J., Martín Riera, G. y Roldán Porta, C. Tecnología eléctrica, 2000.
 Siemens. Manual de baja tensión, 2000.
 Montané Sangra, P. Protecciones en las instalaciones eléctricas. Evolución y perspectivas, 1988.
 Roeper, R., Corrientes de cortocircuito en redes trifásicas,1985.
 Kasikci, I. Short circuits in power systems: A practical Guide to IEC 60909, 2002.
 Schneider Electric España, S.A.. Cuaderno técnico nº-158: Cálculo de corrientes de cortocircuito, 2000.

Tema 12 a conceptos generales de corrientes de cortocircuito rev jul07

Recomendados

Recomendados

Más contenido relacionado

La actualidad más candente

La actualidad más candente (20)

Similar a Tema 12 a conceptos generales de corrientes de cortocircuito rev jul07

Similar a Tema 12 a conceptos generales de corrientes de cortocircuito rev jul07 (20)

Último

Último (20)

Tema 12 a conceptos generales de corrientes de cortocircuito rev jul07