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Un cortocircuito es una falla eléctrica (defecto en el aislamiento o en la conductividad en el sistema eléctrico) que se produce cuando dos conductores de distinta polaridad o fase entran en contacto físico entre sí, habiendo perdido la cobertura aislante entre ellos. Se puede producir tanto en circuitos de corriente alterna como de corriente continua.
La diferencia entre la sobrecarga y el cortocircuito está en la escala de tiempo en la que ambos se desarrollan. Un cortocircuito se debe interrumpir en fracciones de segundo, mientras que la sobrecarga puede ser detectada después de muchos más segundos
La máxima corriente a la tensión nominal, que un dispositivo eléctrico es identificado que tiene previsto interrumpir, bajo condiciones normalizadas de ensayo. (NFPA 70, art. 100, NEC 2014)
Posible corriente simétrica de falla a tensión nominal, a la cual un aparato o un sistema pueden estar conectados sin sufrir daño que exceda los criterios de aceptación definidos. (NFPA 70, art. 100, NEC 2014)
Localización de una condición de sobrecorriente para restringir interrupciones en el circuito o en los equipos afectados, llevada a cabo mediante la selección e instalación de dispositivos de protección contra sobrecorriente y sus ajustes o configuraciones para el rango completo de las sobrecorrientes disponibles, desde la sobrecarga hasta la corriente de falla máxima disponible y para el rango completo de momentos de apertura de los dispositivos de protección contra sobrecorriente asociados con dichas sobrecorrientes. (NFPA 70, art. 100, NEC 2014)
El término selectividad se refiere al disparo por corriente eléctrica de un dispositivo o equipo. Esto se debe a que el sistema está coordinado para discriminar entre dispositivos entrantes y salientes y evitar que cualquier corriente de falla saliente adicional afecte a todo el sistema.
Los estudios de selectividad son un factor esencial en el diseño de cualquier instalación eléctrica. Los profesionales realizan un análisis exhaustivo de las protecciones eléctricas necesarias para garantizar la continuidad del suministro en caso de falla. Un buen estudio de selectividad permite la coordinación de diferentes protecciones en diferentes niveles de instalaciones eléctricas. (Trace-software, 2023)
Selectividad total: Sin importar el valor de la corriente de sobrecarga o de cortocircuito, se abre el interruptor B y nunca el interruptor A
Selectividad parcial: Se cumple lo anterior hasta un valor de corriente, a partir del cual pueden abrirse los interruptores B y A
La sobre corriente puede ocurrir en condiciones normales, como la corriente de arranque de un motor. La corriente de arranque es el enorme consumo de corriente durante el arranque de un motor que provoca caídas de tensión en la línea principal. El disyuntor debe poder tolerar la corriente de arranque y debe proporcionar cierto retraso antes de dispararse.
Una curva de disparo es una representación gráfica de la respuesta de un interruptor automático. Muestra la relación actual con el tiempo de actuación de un dispositivo de protección.
La región térmica muestra la respuesta de la unidad de disparo de contacto bimetálico durante la sobre corriente.
Mientras que la región magnética muestra la respuesta del solenoide a la corriente de falla, como una corriente de cortocircuito.
Existe una gran variedad de disyuntores que cuentan con distintos tipos de comportamiento, los cuales pueden ser provechosos para la protección específica de diferentes tipos de componentes.
Sobrecarga: térmico estándar.
Cortocircuito: umbrales magnéticos fijados por curva B (Im entre 3 y 5 In o 3,2 y 4,8 In)
Se utilizan para protección de generadores y grandes longitudes de cable.
Protección de cables alimentando receptores clásicos.
Sobrecarga: térmico estándar.
Cortocircuito: umbrales magnéticos fijados por curva C (Im entre 5 y 10 In o 7 y 10 según los aparatos)
Estos son los más utilizados. Son los utilizados en las instalaciones domésticas, alumbrado, tomas de corriente y usos generales.
Protección de cables alimentando receptores con fuertes puntas de arranque.
Sobrecarga: térmico estándar.
Cortocircuito: umbrales magnéticos fijados por curva D (Im entre 10 y 14 In)
Receptores con fuertes puntas de arranque como motores o transformadores.
Protección de circuitos electrónicos.
Sobrecarga: térmico estándar.
Cortocircuito: magnéticos fijados por curva Z (Im entre 2,4 y 3,6 In)
Para protección de circuitos electrónicos.
En el siguiente ejemplo, se han coordinado tres interruptores automáticos para que el tiempo de disparo de cada interruptor sea mayor que el tiempo de disparo de los interruptores aguas abajo, independientemente de la magnitud de la falla.
Sobrecarga: térmico estándar.
Cortocircuito: umbrales magnéticos fijados por curva B (Im entre 3 y 5 In o 3,2 y 4,8 In)
Se utilizan para protección de generadores y grandes longitudes de cable.
Protección de cables alimentando receptores clásicos.
Sobrecarga: térmico estándar.
Cortocircuito: umbrales magnéticos fijados por curva C (Im entre 5 y 10 In o 7 y 10 según los aparatos)
Estos son los más utilizados. Son los utilizados en las instalaciones domésticas, alumbrado, tomas de corriente y usos generales.
Protección de cables alimentando receptores con fuertes puntas de arranque.
Sobrecarga: térmico estándar.
Cortocircuito: umbrales magnéticos fijados por curva D (Im entre 10 y 14 In)
Receptores con fuertes puntas de arranque como motores o transformadores.
Protección de circuitos electrónicos.
Sobrecarga: térmico estándar.
Cortocircuito: magnéticos fijados por curva Z (Im entre 2,4 y 3,6 In)
Para protección de circuitos electrónicos.
Un cable debe protegerse contra el sobrecalentamiento debido al flujo excesivo de corriente de cortocircuito en su conductor. Durante una falla de fase, se eleva primero la temperatura del conductor, seguido de los materiales de aislamiento, la cubierta protectora, la canalización y el entorno.
-Máxima corriente de cortocircuito.
-Máxima temperatura que el conductor soporta sin ocasionar daños en el aislamiento.
-Calibre del conductor y su capacidad para contener el calor.
-Tiempo de despeje de la falla
Debido a que la corriente de cortocircuito se interrumpe instantáneamente o en poco tiempo por el dispositivo de protección, la cantidad de calor transferido desde los conductores metálicos hacia el aislamiento y otros materiales es pequeño. Por lo tanto, el calor se trasfiere casi en su totalidad en los conductores. Durante el evento de cortocircuito, no se debe permitir que la temperatura del conductor aumente hasta el punto donde pueda dañar los materiales aislantes.
Curvas de Protección para conductores
Curvas de Protección para conductores
Existen distintos métodos de solución que pueden ser implementados para la solución de un circuito eléctrico y así encontrar los valores de corrientes de cortocircuitos que se espera se den en caso de una falla en el sistema, cada uno de los métodos con sus respectivas ventajas y desventajas
Se debe considerar todos los elementos involucrados en un sistema de potencia , por lo cual es importante tener un conocimiento previo para poder aplicar estudios de cortocircuito en el sistema eléctrico.
Es necesario que todos los elementos estén protegidos en al menos dos puntos del sistema potencia a través de protecciones eléctricas, permitiendo que la falla del cortocircuito se pueda controlar de forma efectiva en caso de que la primera protección no se accione a causa de una falla mecánica o problema en el disyuntor.
• Descargas atmosféricas
• Contaminación
• Viento
• Terremotos
• Incendios
• Árboles caídos
• Animales
• Orígenes humanos (Accidentes, malas prácticas)
La simbología eléctrica empleada para los sistemas de protección eléctrica y fallas de cortocircuito utiliza los elementos de la IEEE y IEC.
Existen diferentes métodos para realizar el cálculo de corrientes de corto circuito con base en el tipo de magnitud de corriente, ya sea trifásica, monofásica o bifásica. Para tal caso, el método de cálculo desarrollado se planeta basado en los componentes de secuencia representados por la norma IEC60909.
Se estima un porcentaje de los tipos de fallas generados en sistemas eléctricos.
• Monofásicas 70-80%
• Bifásicas 10-17%
• Bifásicas a tierra 8-10 %
• Trifásicas 2-3%
Es importante aclarar que en las fallas trifásica, solamente se involucra la impedancia Zd. Esta impedancia se remplaza por Zk , ya que esta impedancia se presenta en el punto de ocurrencia de la falla.
Método de las componentes simétricas.