Cálculo de Cortocircuitos y Juegos de Barras

(1)

Cálculo de cortocircuitos y

juegos de barras

(2)

CÁLCULO DE CORTOCIRCUITOS Y JUEGOS DE BARRAS

¼

Toda red o sistema eléctrico está expuesto a

defectos causados por diferentes motivos.

Introducción

¼

Entre los más destructivos se encuentran los

cortocircuitos.

¼

El adecuado estudio del

cortocircuito y sus efectos

puede hacer que la red

dimensionada sea capaz de

resistir sin sufrir daños durante

un tiempo específico.

(3)

Anormalidades en las instalaciones eléctricas

El cortocircuito

Cálculo de niveles de cortocircuito

Cálculo y selección de juegos de barras

Aplicaciones

(4)

CÁLCULO DE CORTOCIRCUITOS Y JUEGOS DE BARRAS LEGRAND CHILE I Anormalidades en las instalaciones eléctricas

Generalidades

¾

Toda red eléctrica puede presentar dos estados

operativos:

Estados operativos de las instalaciones

(5)

I

Anormalidades en las instalaciones eléctricas

¾

Condición que establece que los parámetros

eléctricos se encuentran dentro de los límites

permisibles.

La alimentación La distribución Los equipos

(6)

La alimentación

± 6,0%

± 7,5%

Ej.: MT-12 kV:11,28 a 12,72 kV BT-380 V:351,5 a 408,5 V BT-220 V:203,5 a 236,5 V

(7)

CÁLCULO DE CORTOCIRCUITOS Y JUEGOS DE BARRAS I Anormalidades en las instalaciones eléctricas TG TD TD L1 L2 circuitos Vp < 3% Vp < 3% Vp < 5%

(8)

Los equipos

¾

No existe un valor prefijado de tensión, pero se

acepta en el caso de equipo electrónico sensible

no menos de 200 V.

(9)

I

¾

Condición que establece que los parámetros

eléctricos se encuentran fuera de los límites

permisibles durante un tiempo determinado.

(10)

Perturbaciones

¾ Alteración de las características ideales (originales) de la energía eléctrica, provocada por su transporte, distribución y utilización.

¾ Pueden ser transitorias o permanentes

y sus efectos pueden llegar a ser perceptibles sobre equipos e instalaciones.

¾ Las tradicionales:

(11)

I

¾ Otra perturbación hoy en día bastante

común es la distorsión por contenido armónico dada la gran presencia de equipo electrónico de características no lineales en las redes.

(12)

Perturbaciones

¾ En una carga lineal, la forma de onda de la corriente es igual a la de la tensión.

(13)

I

¾ En una carga no-lineal, la forma de

onda de la corriente no es igual a la de la tensión.

(14)

Perturbaciones

¾ Fourier permite separar una señal

distorsionada en sus componentes armónicas

(15)

I

¾ Cada armónica tiene un nombre, una frecuencia y una

secuencia.

Nombre Frecuencia Secuencia

1° Armónico 50 Hz Positiva 3° Armónico 150 Hz Cero 5° Armónico 250 Hz Negativa 7° Armónico 350 Hz Positiva 9° Armónico 450 Hz Cero 11° Armónico 550 Hz Negativa 13° Armónico 650 Hz Positiva 15° Armónico 750 Hz Cero 17° Armónico 850 Hz Negativa

(16)

Fallas

¾ Condición que pone en peligro ya sea la instalación o a sus usuarios.

(17)

I

¾ Defecto de baja impedancia entre dos

puntos de potencial diferente.

¾ Características:

Creación de un arco eléctrico Esfuerzos electrodinámicos Esfuerzos térmicos

(18)

Tipos de cortocircuitos

(19)

I

¾ La forma de la señal de cortocircuito depende

principalmente del momento de ocurrencia de la falla.

(20)

Señales de cortocircuito

¾ La forma de la señal de cortocircuito depende

principalmente del momento de ocurrencia de la falla.

(21)

CÁLCULO DE CORTOCIRCUITOS Y JUEGOS DE BARRAS I Anormalidades en las instalaciones eléctricas fuente

fuente CargaCarga

Z Z₁₁ ZZ₂₂ ZZ₃₃ L L₁₁ LL₂₂ LL₃₃ I I_cc1_cc1 ↓ ↓ Z Z₁₁ I I_cc2_cc2 ↓ ↓ Z Z₁₁ + Z+ Z₂₂ I I_cc3_cc3 ↓ ↓ Z Z₁₁ + Z+ Z₂₂ + Z+ Z₃₃

¾ Para la determinación de los niveles de cortocircuito de una red se deben calcular las impedancias de fallas en cada punto.

(22)

Amplitud de la corriente de cortocircuito

El Corto circuito real (sin protección de un aparato

limitador), el valor máximo de la corriente peak se desarrolla durante el primer semiperiodo del cortocircuito (1er peak asimétrico).

Icc

_peak

(Ipk)=

n

·Icc

_{eficaz presunta}

(23)

I

Procedimiento de cálculo según ANSI.

El procedimiento para calcular las corrientes de cortocircuito en un sistema de distribución consta de los siguientes pasos:

Disponer del diagrama del sistema: el diagrama unilineal con todas las fuentes y todas las impedancias del circuito.

Convertir impedancias: valores en p.u del diagrama en estudio.

Combinar impedancias: reducción del diagrama de impedancias para calcular la impedancia equivalente.

Calcular la corriente de cortocircuito: el paso final es el cálculo de la corriente de cortocircuito, las impedancias de las máquinas rotatorias usadas en el circuito dependen del estudio en cuestión

(24)

Procedimiento de cálculo según IEC.

Considera redes radiales (casos usuales en sistemas de distribución industrial) y en anillo.

El valor de la corriente de cortocircuito es la suma de la componente simétrica AC y la componente transitoria DC.

En particular, la norma IEC 909 define el cálculo de las siguientes corrientes:

IK” : Corriente inicial simétrica RMS.

ip : Valor peak.

Ib :Corriente de cortocircuito simétrica de

interrupción en un instante t_m, para separación del

contacto del interruptor.

Ib sym : Corriente asimétrica de interrupción RMS.

IK : Corriente en régimen permanente de cortocircuito

RMS.

Métodos de Cálculo

Existen dos métodos que permiten conocer las corrientes ante fallas de cortocircuitos.

(25)

CÁLCULO DE CORTOCIRCUITOS Y JUEGOS DE BARRAS I Anormalidades en las instalaciones eléctricas Momentáneas Inicial I_K” Reconexión Máximo ( Ip ) Interrupción Apertura ( Ib )

Ajuste dispositivos Estado estacionario ( I_K )

La norma ANSI está orientada para la selección de interruptores, mientras que la norma IEC da una guía general de cálculo de las corrientes de cortocircuito. En general hay en IEC más detalles para el cálculo que en ANSI; cualquiera de estas normas o la vinculación entre ellas dan excelentes resultados a la hora de utilizarlas para el cálculo de corrientes de cortocircuito.

(26)

Modelamiento

Componente Símbolo Modelo

•Sistema (Distribuidora) •Maquinas Rotatorias Transformador Líneas Cargas o Consumos

~

R_t X_t R_L X_L P + jQ P + jQ

Para Calcular los Corto Circuitos, se deben modelar los Elementos del Sistema:

~

(27)

CÁLCULO DE CORTOCIRCUITOS Y JUEGOS DE BARRAS I Anormalidades en las instalaciones eléctricas fuente fuente/carga carga carga

(28)

Para determinar

los niveles de

cortocircuito existe

este método, que

genera una

evaluación rápida

de acuerdo a lo

propuesto por la

UTE 15-105

;

“el

método de

composición”.

Método de composición

Ref: GDP pág. 246

(29)

CÁLCULO DE CORTOCIRCUITOS Y JUEGOS DE BARRAS I Anormalidades en las instalaciones eléctricas Q Q

Z

X

= 995

0 .

×

Datos:

m : Factor de Carga, tomado igual a 1,05

U_n : Tensión de la red interior en BT (V)

S_KQ: Potencia de cortocircuito del sistema (kVA)

R_Q : Resistencia del sistema (expresarla en mΩ) X_Q : Reactancia del sistema (expresarla en mΩ)

Sistema

Q

X

R

= 1

0 .

×

(30)

CÁLCULO DE CORTOCIRCUITOS Y JUEGOS DE BARRAS LEGRAND CHILE I Anormalidades en las instalaciones eléctricas Tr Tr

Z

R

= 31

0 .

×

Tr Tr

Z

X

= 95

0 .

×

Datos:

m : Factor de Carga, tomado igual a 1,05 U_n: Tensión de la red interior (V)

S_Tr : Potencia nominal del transformador (kVA)

Z_Tr : Impedancia del transformador (mΩ))

U_cc: Reactancia porcentual del transformador (%)

R_Tr : Resistencia del transformador (expresarla en mΩ) X_Tr : Reactancia del transformador (expresarla en mΩ)

Transformador

(

)

100

2 cc Tr n Tr

U

S

U

m

Z

=

×

Método de las impedancias

(31)

CÁLCULO DE CORTOCIRCUITOS Y JUEGOS DE BARRAS I Anormalidades en las instalaciones eléctricas

Líneas

Datos:

ρ₀ : Resistividad del conductor ( Ω·mm2_{/mts )}

n_Ph: Número de Conductores en Paralelo por fase

S_Ph: Sección del Conductor en (mm2₎

λ : Reactancia Lineal del Conductor en (mΩ/mts) R_L : Resistencia de la línea (expresarla en mΩ) X_L : Reactancia de la línea (expresarla en mΩ)

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛

×

=

Ph C

n

L

X

λ

(32)

Método de las impedancias

Zcc

E

m

C

Icc

máx Th

×

=

3 Corriente de

cortocircuito (Trifásica)

Datos:

Cmax : Factor de Tensión Corto Ctos máximos 1,05

m : Factor de Carga, tomado igual a 1,05

E_Th : Tensión de Thevenin vista desde la fuente (V)

Zcc : Impedancia de cortocircuito en el punto de falla

vista desde la fuente (mΩ)

Icc : Corriente de cortocircuito (kA)

(33)

I

tablero; no obstante, antes de ellas existe una función quizás más discreta pero no menos indispensable: la repartición.

(34)

CÁLCULO DE CORTOCIRCUITOS Y JUEGOS DE BARRAS LEGRAND CHILE I Anormalidades en las instalaciones eléctricas El juego de barras es la auténtica “columna vertebral” de todo

conjunto de distribución. barras flexibles barras de transferencia barras de derivación barras de distribución

El dimensionamiento de los juegos de

barras

(35)

CÁLCULO DE CORTOCIRCUITOS Y JUEGOS DE BARRAS I Anormalidades en las instalaciones eléctricas IEC 60947-1. Ref: GDP pág. 358

Ie : Corriente asignada de empleo, a utilizar en carcasas con ventilación

natural o en tableros con IP < 30 (T° ambiente interno < 25 °C).

Ithe: Corriente térmica bajo carcasa correspondiente a las condiciones de

instalación más severas.

Las envolventes estancas no permiten una renovación natural del aire, el

(36)

Sinergía del Sistema XL

3

Facilitar y libertad en la elección del sistema de

repartición estándar u optimizada:

ESTANDAR

El dimensionamiento de los juegos de

barras

(37)

I

repartición estándar u optimizada:

(38)

6.2.2.1.- Los conductores de alimentación que lleguen a un

tablero deberán hacerlo a puentes de conexión o barras

metálicas de distribución desde donde se harán las derivaciones para la conexión de los dispositivos de comando o protección constitutivos del tablero. No se aceptará el cableado de un tablero con conexiones hechas de dispositivo a dispositivo.

6.2.2.2.- Las barras de distribución se deberán montar rígidamente soportadas en las cajas, gabinetes o armarios; estos soportes deberán ser aislantes.

6.2.2.3.- La cantidad y dimensiones de los soportes de barras se fijarán de acuerdo al cálculo de esfuerzos dinámicos que se originen en la más alta corriente de cortocircuito estimada para el tablero y teniendo en consideración la presencia de armónicas de corriente o tensión que puedan originar resonancias mecánicas de las barras.

El dimensionamiento de los juegos de

barras

De acuerdo a la Nch 4/2003:

(39)

I

interno de los tableros deberán cumplir el código de colores indicado en 8.0.4.15.

6.2.2.5.- La capacidad de transporte de corriente de las barras de distribución de un tablero se fijará de acuerdo a la tabla Nº 6.4.

8.2.2.12.- Todo el sistema de barras de distribución desnudas deberá quedar protegido por una cubierta removible y mecánicamente resistente. En caso que esta cubierta sea de un material conductor, deberá conectarse a tierra cada una de las secciones que la formen.

Se recomienda que esta cubierta esté formada por una rejilla o que tenga perforaciones que faciliten la ventilación de las barras sin afectar la seguridad del conjunto

(40)

CÁLCULO DE CORTOCIRCUITOS Y JUEGOS DE BARRAS LEGRAND CHILE I Anormalidades en las instalaciones eléctricas Curva de limitación de corriente:

Entregan el valor máximo de las corrientes limitadas por los interruptores.

Permiten determinar:

Si la corriente limitada es aceptada por el aparato aguas abajo.

Los efectos electrodinámicos (por ejemplo en las barras).

El dimensionamiento de los juegos de

barras

(41)

I

(A2_{s) que soporta el interruptor en}

función de la corriente de cortocircuito presumible.

Permiten comprobar el comportamiento de los cables protegidos por el aparato ante los esfuerzo térmicos. Ref: GDP pág. 224. Ref: GDP pág. 259 Zon a Té rmic a Zona Mag nétic a Curva ET cable

(42)

Los esfuerzos electrodinámicos que se ejercen entre

conductores, y más concretamente en los juego de barras, se deben a la interacción de los campos magnéticos producidos por el paso de la corriente.

Dichos esfuerzos son proporcionales al cuadrado de la

intensidad peak de la corriente (Ipk), que se puede expresar en A o en kA.

El dimensionamiento de los juegos de

barras

Representación esquemática en un punto del espacio (ley de Biot y Savart)

(43)

I

separación de los soportes:

D (mm)

(44)

CÁLCULO DE CORTOCIRCUITOS Y JUEGOS DE BARRAS LEGRAND CHILE I Anormalidades en las instalaciones eléctricas Ref: GDP pág. 379

El dimensionamiento de los juegos de

barras

La Repartición:

La comprobación de la Ipk no es necesaria si el repartidor está protegido por un aparato de la misma intensidad nominal. Se debe realizar si el aparato situado antes es de un calibre superior a la intensidad del repartidor.

Los repartidores Legrand están diseñados para presentar una resistencia al esfuerzo térmico al menos tan elevada como la del conductor de la sección correspondiente a la corriente nominal, de modo que generalmente no se necesita ninguna otra comprobación.

Cálculo de Cortocircuitos y Juegos de Barras