El cortocircuito es un fenómeno que se produce en todos los sistemas eléctricos sin excepción a lo largo de su vida, no importa que sean de MAT, de AT o de BT, ni de corriente continua o de corriente alterna. Es como una enfermedad que “ataca” a las instalaciones, pero generalmente con una peculiaridad simple: para desarrollarse con frecuencia, prefiere las instalaciones mas deficientes, esto es, las mas antiguas, las construidas en precario, bien con materiales no correctos o con una construcción por debajo de los mínimos reglamentario que, dicho de paso, está prohibido, porque como reconoce el propio reglamento (art. 23.2) sus prescripciones son de mínimos obligatorios.
No obstante también existen otras causas que producen cortocircuitos, como son errores humanos en la manipulación de instalaciones, actuación de animales, falta de mantenimiento, sobretensiones externas, etc.
Figura 1.- FUNCIONAMIENTO DEL CORTOCIRCUITO
Ya se ha dicho en el punto 8 que en las instalaciones de BT construidas con los criterios aquí señalados, el cortocircuito solo representa un motivo para conocer que la instalación funciona correctamente, ya que si se produce, no importa de que tipo sea, la elevada corriente que produce y sus consecuencias, son evacuadas de una forma natural, o sea, a través de las protecciones dispuestas para ello, como son los interruptores y los sistemas de tierras.
Estamos acostumbrados a leer en la prensa que ciertos desastres, principalmente incendios en edificaciones (a veces inmensos e importantes) tienen como causa un cortocircuito. En algunos de ellos es cierto, si bien la mayoría de las veces que se considera esa como la causa de un desastre, no suele ser cierto. Se descubre posteriormente cuando se analiza con mas amplitud la situación
El cortocircuito también suele ser la causa cuando no se tienen claras otras causas (o se desconocen totalmente), debido a que casi siempre existe una instalación eléctrica, y entonces se atribuye todo el suceso al cortocircuito.
La realidad es que es una opción, pero a veces la menos acertada. Esta relación desastre-cortocircuito, se debe a que el cortocircuito muere con el desastre y no puede hablar para defenderse.
Cuando de verdad el cortocircuito es la causa del desastre, mas bien se debería decir que ha sido la causa última, porque analizada la situación con perspectiva y de acuerdo con los criterios anteriores, si la instalación hubiera sido correctamente diseñada, construida, manipulada y mantenida, como se ha explicado antes, el cortocircuito debería resultar inofensivo, y se limitaría a comprobar el correcto funcionamiento de la instalación. Vistas así las cosas, puede decirse que lo contrario a lo anterior también es cierto, si un cortocircuito causa destrozos en una instalación, suele ser debido a que la misma adolece de defectos que la han llevado a esa
situación. Figura 3.- EJEMPLO
VALDECILLA
La práctica totalidad de los expertos que han bajado al sótano del edificio de Residencia General del Hospital Valdecilla para intentar averiguar las causas del incendio que se originó allí el sábado han descartado que el siniestro se produjera como consecuencia de un cortocircuito -como en un principio se pensó- y, con reservas, apuntado que el fuego pudo haberse debido a la acción de un cigarrillo mal apagado, extremo, este, que nadie se ha atrevido a asegurar con contundencia. Descartada esta posibilidad, los expertos estarían manejando la probabilidad de que la acción de un cigarrillo mal apagado -bien en el suelo -bien en un contenedor de basura, pero siempre cerca del citado cuadro eléctrico………..
Tipos de cortocircuitos
Los cortocircuitos que se producen en los sistemas trifásicos de corriente alterna, prácticamente son los mas problemáticos, y pueden ser de hasta cinco tipos diferentes, a saber:
1) cortocircuito tripolar simétrico (hacen contacto entre si las tres fases)
2) cortocircuito bipolar sin contacto a tierra (hacen contacto entre si dos fases)
3) cortocircuito bipolar con contacto a tierra (hacen contacto entre si y con tierra dos fases) 4) cortocircuito unipolar a tierra (una fase cae a tierra)
5) doble contacto de a tierra (dos fases diferentes caen a tierra)
Los mas frecuentes y problemáticos son el 1) y el 4) si bien puede darse cualquiera, en función de las condiciones de la instalación.
En los sistemas monofásicos el cortocircuito mas abundante es el 4), mientras que en los sistemas bifásicos pueden ocurrir todos menos el 1).
También en las instalaciones de corriente continua aparecen los cortocircuitos, si bien aquí, como en los sistemas monofásicos de corriente alterna, solo puede aparecer el 4).
Los cortocircuitos citados pueden desarrollarse en sistemas trifásicos con neutro puesto a tierra, bien directamente o través de una impedancia de control de corrientes. Conviene recordar que, en los sistemas trifásicos con neutro aislado, cuando una o mas fases caen a tierra, las corrientes que se producen son siempre pequeñas. En el supuesto de que, dos fases en contacto con tierra hagan contacto entre ellas, el cortocircuito que se produce es del tipo 3).
DOBLE CONTACTO A TIERRA UNIPOLAR A TIERRA BIPOLAR TRIPOLAR BIPOLAR A TIERRA
Mientras no se diga lo contrario, en lo que sigue se considera el sistema con neutro puesto a tierra, que es obligatorio en España para receptores alimentados desde la red pública de distribución (ITC BT08-1.4a).
Corrientes de cortocircuito
Las corrientes de cortocircuito son temidas por varias causas:
a) Por ser de un valor desproporcionado con respecto a las normales, a veces de miles de amperios.
b) Por producirse en tiempos muy cortos. c) Por producir mucho calor en breve tiempo.
d) Por sus efectos electromagnéticos que producen inducciones indeseadas en otras instalaciones.
e) Por sus efectos mecánicos que destruyen los soportes de la instalación.
f) Porque frecuentemente suelen producir fuegos de consecuencias incalculables.
g) Por producir sobretensiones elevadas en las fases sanas que no participan en el cortocircuito.
Figura 5.- CORRIENTE DE CORTOCIRCUITO, PREVISTA Y LIMITADA Corriente de cortocircuito prevista Corriente de cortocircuito limitada
Las corrientes que producen los cortocircuitos dependen del tiempo que tarden en desarrollarse. En el estudio teórico del cortocircuito se considera que, durante su desarrollo, existen tres espacios de tiempo llamados regímenes. El subtransitorio o inicial, es el que proporciona unas corrientes muy elevadas, inmensas. Le sigue el régimen transitorio donde las corrientes van evolucionando y disminuyen de valor muy rápidamente, para acabar en el régimen permanente, donde las corrientes se moderan, pero siguen siendo mucho mayores que las de funcionamiento normal de la instalación.
CORRIENTES DE CORTOCIRCUITO EN EL TIEMPO
-600 -400 -200 0 200 400 600 800 0,000 0,030 0,060 0,090 0,120 0,150 0,180 0,210 0,240 TIEMPO (s) CO RR IE NT E (A ) is ia icc SUBTRAN SITORIO TRANSITORIO PERMANENTE
Figura 6.- REGIMENES DE CORRIENTE DURANTE EL CORTOCIRCUITO
En la Figura 7, y a modo de ejemplo señalaremos que, como resultado de un estudio teórico de la corriente de cortocircuito, aparecen superpuestas dos corrientes, cuya suma instantánea proporciona la corriente real.
Una de ellas es la corriente simétrica (en azul) y se desarrolla en forma senoidal pura, con una pulsación debida a la frecuencia de la red, o sea en España 50 Hz, mientras que la corriente aperiódica (en rosa), como su nombre indica, varia en forma de exponencial contínuamente decreciente,
dependiendo de las características del circuito (R/L).
Su valor inicial es de 367 A.
VARIACIÓN DE LAS CORRIENTES DE CORTOCIRCUITO EN FUNCIÓN DEL TIEMPO
-500 -400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400 500 0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 TIEM PO, t (s) CO RR IE NT E S I N S T A N T Á N E AS ( A ) S im é tr ic a ( is) , A p e ri ó d ica ( ia ), d e co rt o c ir cu it o ( icc) is ia U = 400 V f = 50 Hz R = 0,25 Ω L = 1,5 Ω ψ = 0º Figura 7.- COMPONENTES DE LA CORRIENTE DE CORTOCIRCUITO
La corriente aperiódica tiene el mismo valor inicial (en el tiempo cero) que la corriente simétrica, pero de signo contrario. La suma de ambas corrientes en cada instante de tiempo que dura el cortocircuito, representa a la corriente real (en rojo), que disminuye bruscamente al principio desde su valor máximo en la primera semionda (régimen subtransitorio) hasta un valor intermedio mucho menor (régimen transitorio), para llegar al valor del régimen permanente, que se mantiene durante todo el tiempo que dure el cortocircuito.
La corriente real máxima (icc), como se puede apreciar en la
Figura 8, no es periódica. Conviene destacar de ella el elevado valor de su primera cresta, 597 A para este ejemplo.
Figura 8.- CORRIENTES DE CORTOCIRCUITO
VARIACIÓN DE LAS CORRIENTES DE CORTOCIRCUITO EN FUNCIÓN DEL TIEMPO
-600 -400 -200 0 200 400 600 800 0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 TIEM PO, t (s) C O R R IEN T ES I N ST A N T Á N E A S ( A ) S im é tr ic a ( is ), A p er ió di c a ( ia) , d e c o rt oc ir c u it o ( ic c ) is ia icc U = 400 V f = 50 Hz R = 0,25 Ω L = 1,5 Ω ψ = 0º
VARIACIÓN DE LAS CORRIENTES DE CORTOCIRCUITO EN FUNCIÓN DEL TIEMPO -600 -400 -200 0 200 400 600 800 0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 TIEM PO, t (s) C O R R IEN T ES I N ST A N T Á N EA S ( A ) S im é tr ic a ( is ), A per iódi c a ( ia) , d e c o rt o c ir c u it o (i c c ) is ia icc U = 400 V f = 50 Hz R = 0,07594 Ω L = 1,5188 Ω ψ = 0º
Figura 9.- CORRIENTES DE CORTOCIRCUITO
Para finalizar, la Figura 9 representa un circuito mucho mas inductivo que el de la Figura 8, pero de la misma impedancia total. En ella se aprecia como el régimen permanente tarda bastante mas en llegar.
El comienzo del régimen permanente se aprecia porque durante el mismo, la corriente total (icc) tiene idéntico
valor a la corriente simétrica (is),
apareciendo sus curvas superpuestas. En el caso anterior, para un tiempo de 0,09 s la corriente de cortocircuito ya se hacía prácticamente permanente (y senoidal). Deducido de los cálculos, en la Figura 9 se aprecia que la corriente en régimen permanente será de 371 A y se producirá después de 1.216 milisegundos. La máxima cresta de la corriente icces de 689 A.
Por otro lado, se ha dicho anteriormente que las instalaciones se protegen contra cortocircuitos por medio de fusibles y de interruptores, ver Figura 10, (magnetotérmicos o de otro tipo), pero no se ha dicho toda la verdad. Solo con buena voluntad no se consigue la protección.
Suele ser poco conocido el hecho de que además de tener en cuenta las posibles corrientes, también es preciso tener en cuenta la longitud del cable a proteger. Para realizar una adecuada selección del dispositivo de protección, en el Anexo Assss
se incluye un ejemplo. Figura 10.- INTERRUPTOR MAGNETOTÉRMICO Y FUSIBLES Fusible de cuchillas Fusible cilíndrico Interruptor magnetotérmico bipolar 10000 Poder de corte Poder de corte
Los efectos de las corrientes de cortocircuito tienen dos formas de ser eliminados:
Para cortocircuitos entre fases (bifásico o trifásico), debe actuar el dispositivo capaz de abrir el circuito y eliminar la corriente, y con ello sus consecuencias (interruptor del circuito, o fusible, colocados en su cabecera). Aún así, existe un tiempo, t1, del orden de unos
milisegundos, hasta que se produce la interrupción, seguido de un tiempo t2que tarda el dispositivo en interrumpir toda la corriente, hasta pasar a valer cero. En la Figura 11 se aprecia la situación. Durante el tiempo t1, toda la corriente de cortocircuito atraviesa el dispositivo de corte. Figura 11.- EVOLUCIÓN DE LA CORRIENTE DE CORTOCIRCUITO -5 0 0 0 5 0 0 1 0 0 0 0 ,0 0 0 0 ,0 0 5 0 ,0 1 0 0 ,0 1 4 CORRI ENTES DE CORTOCI RCUI TO, i s , i a , i cc (A) p 6 6 t1 Corriente de cortocircuito, icc Corriente limitada t1 t2 t3 DESARROLLO DEL CORTOCIRCUITO EXTINCIÓN DEL CORTOCIRCUITO t CORRIENTE ELIMINADA
Realmente los efectos de la corriente de cortocircuito se miden por la energía específica pasante de esa corriente (en J), que no es otra cosa que el valor de esa corriente elevado al cuadrado y multiplicado por el tiempo que dura. Ver Figura 12.
Por ejemplo, como debe ocurrir en un buen diseño, si el valor de energía específica pasante del cable y del interruptor de protección, son superiores al de la corriente producida en el tiempo que circula antes de abrir el interruptor, el cortocircuito no debería ni notarse. Precisamente, si el cortocircuito hace efectos, conviene revisar esos valores.
Figura 12.- ENERGÍA ESPECÍFICA PASANTE DEL CORTOCIRCUITO
-5 0 0 0 5 0 0 1 0 0 0 0 ,0 0 0 0 ,0 0 5 0 ,0 1 0 0 ,0 1 4 CORRI ENTES DE CORTOCI RCUI TO, i s , i a , i cc (A) p 6 6 t1 Energía específica pasante (I2t) t1 t2 DESARROLLO DEL CORTOCIRCUITO EXTINCIÓN DEL CORTOCIRCUITO Corriente de cortocircuito, icc t
Para cortocircuitos a tierra de cualquiera de los tipos citados, también se trata de que actúe el dispositivo capaz de abrir el circuito y eliminar la corriente, pero mientras no lo hace, la corriente que se está produciendo está siendo evacuada al electrodo de tierra dispuesto al efecto, y con ello al terreno. En relación con los efectos del cortocircuito sobre la
instalación, valen las consideraciones señaladas en el párrafo anterior para cortocircuitos entre fases.
En la Figura 13 se muestran las instalaciones de puesta a tierra de una vivienda o local. También puede verse la arqueta de puesta a tierra donde toma tierra la línea general.
Figura 13.- INSTALACIÓN DE PUESTA A TIERRA DE UNA VIVIENDA O LOCAL
Conductores de protección de los circuitos
interiores CGMP ARQUETA DE PUESTA A TIERRA Conductor de protección Conductor de puesta a tierra Electrodo de toma de tierra Puente Borne INTERIOR DE LA VIVIENDA Borne Borne Corriente de puesta a tierra
