Los cortocircuitos son picos muy elevados de corriente eléctrica que se producen cuando dos conductores de diferente polaridad entran en contacto directo, es decir, con una impedancia entre ambos muy baja. En esta entrada se explica como estimar su valor y su importancia en el diseño de instalaciones eléctricas. A modo de introducción se expone a continuación brevemente por qué ocurre este fenómeno:
Ley de Ohm → Corriente = Voltaje / Impedancia → I = V / Z
Si la impedancia es baja (Z ≈ 0 [Ω]) la corriente se dispara (I ⇒ ∞ [A]).
| Voltaje sistema monofásico | Impedancia | Corriente de cortocircuito |
|---|---|---|
| 230 [V] | 0,500 [Ω] | 460 [A] |
| 230 [V] | 0,100 [Ω] | 2300 [A] |
| 230 [V] | 0,050 [Ω] | 4600 [A] |
| 230 [V] | 0,010 [Ω] | 23000 [A] |
| … | … | … |
| 230 [V] | 0,000 [Ω] | ∞ [A] (hipotético) |
ÍNDICE DE CONTENIDOS
- Valores de las redes de distribución
- Cálculo en función del transformador
- Corrección según el punto considerado
- Particularidades de los sistemas en corriente continua
- Cómo condiciona el diseño de la instalación
- Caso práctico
VALORES DE LAS REDES DE DISTRIBUCIÓN
Los cortocircuitos son fallos que fácilmente pueden provocar un incendio poniendo en riesgo la instalación y a los usuarios de esta, por ello, al diseñar instalaciones eléctricas es fundamental estimar su valor correctamente a fin de elegir una aparamenta y unos dispositivos de protección adecuados.
La intensidad producida por este defecto depende en gran medida de las características de la red de distribución, por lo que las empresas distribuidoras en sus Cartas de condiciones técnico-económicas (CTE), en sus normas específicas o proyectos tipos dan estimaciones de su valor en un punto concreto de la instalación, normalmente en uno de los a continuación listados:
- Punto de entronque con la red (PE).
- Centro de transformación (CT).
- Centro de seccionamiento (CS).
- Centralización de contadores (CC).
- Caja general de protección (CGP).
En la siguiente tabla se resumen los valores de corriente de cortocircuito evaluados por varias compañías para sus redes, se indican las normas o proyectos tipos consultados, el punto de referencia considerado y la tensión de la red, de baja tensión (≤ 1 [kV]) o alta tensión (3ª categoría / ≤ 30 [kV]).
| Distribuidora | Normativa consultada | Baja tensión | Alta tensión (3ªCAT) |
|---|---|---|---|
| E-Distribución | BT: NRZ002 AT: FYZ10000 | 20 [kA] (CGP) 25 [kA] (CT) | ≤16-20 [kA] (CT) |
| i-DE | BT: MT 2.80.12 AT: MT 2.03.20 | 20 [kA] (CGP) 12 [kA] (CC) | ≤12,5 [kA] (PE, ≤ 24 [kV]) ≤20,0 [kA] (PE, 24-30 [kV]) |
| UFD (Grupo Naturgy) | BT: IT.0120.ES.RE.PTP AT: IT.08021.ES-DE.NOR | 12 [kA] (CT) | ≤ 16 [kA] (CS) |
| EDP (Viesgo, Begasa, E-Redes) | BT: PT-CTCA.ER AT: PT-CTEP.01 | 25 [kA] (CT) | ≤ 16-20 [kA] (CT) |
Es importante tener en cuenta que, de manera general, lo indicado específicamente por la empresa distribuidora en la CTE del suministro solicitado tiene preferencia sobre las prescripciones generales de su normativa y proyectos tipo, así como sobre las estimaciones y cálculos del proyectista.
CÁLCULO EN FUNCIÓN DEL TRANSFORMADOR
Si se conocen las características del transformador, es posible calcular de manera precisa la intensidad de cortocircuito más elevada que puede darse en el lado de baja tensión. Esto permite evitar recurrir a estimaciones de la empresa distribuidora, si bien es recomendable tomar de referencia los valores de la CTE o normativa cuando estos sean mayores que los obtenidos mediante el procedimiento explicado en este apartado.
Los parámetros a consultar son la intensidad nominal (IN) en el devanado de BT y la tensión de cortocircuito del transformador (UCC); en instalaciones privadas normalmente el devanado primario es de alta tensión y el secundario de baja tensión. La intensidad de cortocircuito se calcula aplicando las siguientes fórmulas:
IN = PN / (√3 · UN) → ICC = 100 · IN / UCC
| Parámetros de cálculo |
|---|
| ICC ≡ Corriente de cortocircuito ≡ [A] |
| IN ≡ Intensidad nominal del transformador en BT ≡ [A] Nota: la fórmula expuesta para IN solo es válida para transformadores trifásicos. |
| UCC ≡ Tensión o impedancia relativa de cortocircuito del transformador ≡ [%] |
| PN ≡ Potencia nominal del transformador ≡ [kW] |
| UN ≡ Tensión nominal del devanado secundario (BT) ≡ [V] |
Por lo tanto, cuanto mayor es la potencia nominal del transformador (PN) también lo es la corriente de cortocircuito (ICC) que puede producirse. Para minimizar esto habitualmente la tensión de cortocircuito (UCC) crece igualmente, a continuación se indican los valores más habituales indicados en la ITC-RAT 07:
Atendiendo a esta tabla, las corrientes de cortocircuito oscilarían de 60,14 [kA] para transformadores de 2500 [kVA] a apenas 1,80 [kA] para los de 50 [kVA] (hasta 24 [kV]). En el caso de tener varios trafos conectados en paralelo habría que hacer el sumatorio de las las corrientes de cortocircuito de cada uno de ellos.
CORRECCIÓN SEGÚN EL PUNTO CONSIDERADO
Como se ha indicado anteriormente, los valores facilitados por la distribuidora o calculados por el proyectista hacen referencia a un punto en concreto de la instalación, normalmente cerca de su origen, como el transformador (CT), el centro de seccionamiento (CS), el punto de entronque (PE), la centralización de contadores (CC) o la caja general de protección (CGP).
Por lo tanto, los cortocircuitos que se produzcan en circuitos de la red interior (aguas abajo) serán menores dado que la resistencia eléctrica aumenta al haber más metros de cable. Para tener en cuenta este efecto se deben aplicar las siguientes fórmulas:
R0 = UD-0 / ICC-0 → Ri = ρi · Li / Si → ICC-X = UD-X / (R0 + ΣRi)
| Parámetros de cálculo |
|---|
| R0 ≡ Resistencia en el punto de referencia (CT/CS/CGP/…) ≡ [Ω] |
| UD ≡ Tensión de defecto considerada ≡ [V] -) En sistemas de alta tensión siempre coincide con la tensión nominal (UN). -) En sistemas de baja tensión es el voltaje fase-tierra/neutro, normalmente 230 [V]. -) Algunas guías contemplan, en baja tensión, multiplicar esta tensión por 0,80. -) El voltaje entre el origen (0) y el circuito considerado (X) puede variar, pero no es lo habitual. |
| ICC-0 ≡ Intensidad de cortocircuito en el punto de referencia ≡ [A] |
| Ri ≡ Resistencia del tramo i situado aguas arriba del circuito a calcular ≡ [Ω] ΣRi ≡ Sumatorio de las resistencias de los tramos aguas arriba del circuito a calcular ≡ [Ω] i ≡ Circuitos o tramos entre el punto de referencia y el circuito a calcular = 1, 2, 3, … , n |
| ρi ≡ Resistividad del conductor del tramo i ≡ [Ω·mm2/m] -) A 20 [ºC] toma un valor de 0,0172 [Ω·mm2/m] si es de cobre y de 0,0280 [Ω·mm2/m] si es de aluminio. |
| Li ≡ Longitud del tramo i situado aguas arriba del circuito a calcular ≡ [m] |
| Si ≡ Sección del tramo i situado aguas arriba del circuito a calcular ≡ [mm2] |
| ICC-X ≡ Corriente de cortocircuito que se produce en el circuito a calcular ≡ [A] |
Si la distancia entre las protecciones de la instalación que se esté diseñando y el punto de referencia considerado es pequeña (< 10 [m]), entonces no vale la pena realizar estos cálculos y se aconseja no reducir la corriente de cortocircuito de referencia. En alta tensión de manera general tampoco se recomienda disminuir el valor indicado por la distribuidora dado que suele considerarse aplicable para toda la instalación de AT.
PARTICULARIDADES DE LOS SISTEMAS EN CORRIENTE CONTINUA
Todo lo explicado hasta este punto aplica específicamente a los sistemas de corriente alterna. En circuitos de corriente continua, como la alimentación de baterías y las series de paneles solares, el cortocircuito se origina en estos en vez de en la red y depende únicamente de las características de los equipos. Su valor debe consultarse en las fichas técnicas o manuales y corregirse en el caso de que estén muy separados de las protecciones:
CÓMO CONDICIONA EL DISEÑO DE LA INSTALACIÓN
Con el valor/es de la corriente de cortocircuito se puede proceder a calcular la sección mínima que deben tener los cables de la instalación, de tal modo que esta sea suficiente para soportar el cortocircuito durante el breve lapso de tiempo (∼ 0,01 a 5,00 [s]) que tardan las protecciones (interruptores o fusibles) en cortar la corriente.
El proceso de cálculo depende principalmente de las características del cable (aislante, conductor) y del tiempo de actuación de la protección. En las siguientes publicaciones se abordan las fórmulas a emplear aplicadas a sistemas de baja tensión, cabe aclarar que en alta tensión el procedimiento es el mismo:
SERIE DE VÍDEOS SOBRE EL CÁLCULO DE CABLES ELÉCTRICOS (PARTES 1/2/3)
CÁLCULO DE LA SECCIÓN DE CABLES EN INSTALACIONES DE BT EN EDIFICIOS
Por otro lado, el interruptor o los fusibles deberán tener un poder de corte mayor o igual a la intensidad de cortocircuito que pueda sufrir el circuito que protejan. En alta tensión, al elegir las celdas, también es obligatorio tener en cuenta el valor de cresta o pico, que se estima multiplicando la corriente de cortocircuito por 2,50.
CASO PRÁCTICO
Se desea estimar la intensidad de cortocircuito que puede llegar a sufrir un subcuadro de BT situado en la planta -1 de un edificio. El cuadro principal (CGM&P) se halla en la planta baja, que a su vez es suministrado por un centro de transformación (20/0,4 [kV] & 250 [kW]) ubicado en el exterior. La red de distribución pertenece a E-Distribución. En el siguiente croquis se resumen los datos de la instalación:
PASO 1 – Consultar la normativa de la distribuidora.
La compañía eléctrica E-Distribución establece en su proyecto tipo FYZ10000 que para materiales instalados en BT se considerará una intensidad de cortocircuito admisible (corta duración, 1 [s]) no inferior a 25 [kA], por lo que se estima que este es el valor de referencia en el lado de BT del CT.
PASO 2 – Obtener la corriente de cortocircuito acorde a las características del transformador.
Por otro lado, la potencia del transformador es de 250 [kW], lo que se traduce en 360,84 [A] de intensidad nominal, por lo tanto, teniendo en cuenta que la tensión de cortocircuito es del 4% (tabla ITC-RAT 07), la corriente de cortocircuito resulta en 9021,10 [A]. Dados los resultados obtenidos, se decide suponer una corriente de 25 [kA] al ser el valor más desfavorable.
IN = PN / (√3 · UN) = 250000 / (√3 · 400) = 360,84 [A]
ICC = 100 · IN / UCC = 360,84 · 100 / 4 = 9021,10 [A]
PASO 3 – Determinar las resistencias de los diferentes tramos.
Entre el subcuadro de la planta -1 y el centro de transformación hay dos circuitos (CT – (1º) – CGM&P – (2º) -Subcuadro) cuyas resistencias eléctricas se deben determinar para poder corregir la intensidad obtenida, importante tener en cuenta que el conductor del primer circuito es de aluminio y el segundo de cobre:
Resistencia en el origen (CT): R0 = UD-0 / ICC-0 = 230 / 25000 = 0,0092 [Ω]
Línea general de alimentación (CT – CGM&P): R1 = ρ1 · L1 / S1 = 0,0280 · 25 / 240 = 0,0029 [Ω]
Alimentación del subcuadro (CGM&P – P-1): R2 = ρ2 · L2 / S2 = 0,0172 · 10 / 120 = 0,0014 [Ω]
PASO 4 – Calcular la corriente de cortocircuito en el subcuadro de la planta sótano.
Conocidas las resistencias de la instalación y la corriente de cortocircuito en el origen ya se puede evaluar la intensidad de cortocircuito que puede llegar a sufrir el subcuadro de la planta -1, obteniendo 17037,04 [A]. Esto implica que el poder de corte de las protecciones a instalar en el mismo deberá ser de al menos 18 o 20 [kA], que son los valores estandarizados inmediatamente superiores.
ICC-X = UD-X / (R0 + ΣRi) = 230 / (0,0092 + 0,0029 + 0,0014) = 17037,04 [A]