Ejemplo de cálculo de sección por el criterio de la intensidad de cortocircuito. Método ampliado

En este artículo ampliaremos el cálculo del cortocircuito hasta considerar todas las impedancias intervinientes en los bucles de defecto.

Cortocircuito máximo (en bornes del cuadro general de mando y protección CGMP)

Queremos obtener el valor de cortocircuito máximo de un circuito para usos general (toma de corriente) de una vivienda para comprobar que no se supera el poder de corte del pequeño interruptor automático de 16 A de intensidad nominal que protege en cabecera dentro del cuadro general de mando y protección (CGMP).

Consideremos el siguiente esquema de suministro desde la red de MT hasta el circuito interior de uso general (C2, toma de corriente) de una vivienda.

Se toma el defecto fase-neutro como el más desfavorable y se considera despreciable la reactancia inductiva de los cables. La resistencia de los conductores para el cálculo será a 20 ºC (menor que a mayores temperaturas de funcionamiento pues como sabemos todo conductor se calienta por la circulación de la corriente y su resistencia aumenta). De esta forma, al emplear valores mínimos de impedancia en las líneas, siempre nos resultará el cortocircuito más elevado posible.

Comenzamos a calcular impedancias considerando el cortocircuito trifásico en bornes del secundario del transformador para obtener el mayor valor del mismo.

Para poder obtener la reactancia de red será necesario que nos faciliten al potencia aparente de cortocircuito (Scc) en el punto considerado, dato que en ocasiones puede proporcionar la compañía eléctrica.

Suponemos en nuestro caso nos proporcionan un valor de Scc es de 400 MVA (en ausencia de datos se suele tomar el valor de 500 MVA).

Teniendo en cuenta que además podemos despreciar el valor de la resistencia de red frente al valor de la reactancia:

Ahora debemos calcular la impedancia del transformador partiendo de los datos de su placa de características:

Sn = 630 kVA
ucc = 4 %
Pk = 6500 W (potencia de cortocircuito)

Calculamos la resistencia del transformador a partir de las pérdidas térmicas por efecto Joule en los arrollamientos obtenidas del ensayo en cortocircuito.

In se puede obtener con la expresión que la relaciona con la potencia nominal del transformador:

Sabemos que la caída de tensión porcentual de cortocircuito está relacionada con la impedancia del transformador por la siguiente expresión:

Y aplicando el teorema de Pitágoras obtenemos Xcc:

Nos falta saber ahora los valores del resto del circuito hasta el cuadro general de mando y protección:

En el cálculo de la newsletter anterior que no consideraba el circuito aguas arriba de la CGP nos resultó el valor de 4163 A. Vemos que el cálculo simplificado considerando una caída del 20 % en la tensión de alimentación no fue una suposición errónea que falseara cálculos aminorando el valor del cortocircuito máximo sino que resulto algo superior al cálculo más detallado, que nos ocupa, considerando todas las impedancias del circuito.

Nuestra protección puede soportar el poder de corte requerido puesto que el REBT exige un mínimo de 4500 A (ITC-BT 17, pto. 1.3.).

Cortocircuito mínimo

En el final de la instalación tendríamos típicamente un cortocircuito fase-neutro por defecto franco en el receptor (ver bucle de cortocircuito mínimo). Al aumentar el recorrido del cortocircuito se aumenta la impedancia y se reduce el cortocircuito. Como además emplearemos los valores más desfavorables de impedancia (resistencias a máxima temperatura del conductor y reactancias) el resultado de los cálculos será el valor mínimo de cortocircuito que deberá superar el umbral de activación del relé tiempo-independiente del interruptor automático que protege el circuito.

En el esquema del circuito se ha reflejado el bucle del cortocircuito mínimo:

La intensidad de cortocircuito será:

Respecto a la fórmula aproximada 0,8∙Uf/∑R ahora no necesitamos simplificar tomando 0,8 Uf en el numerador pues tomaremos los valores de todas las impedancias implicadas. En el denominador se habla de impedancia de cortocircuito (Zcc) porque se consideran no sólo las resistencias sino también las reactancias de todo el bucle de defecto.

El valor de la impedancia Zcc se obtendrá como suma de las partes resistivas y reactivas de todas las líneas implicadas desde la red de MT hasta el punto de conexionado del receptor en la vivienda (toma de corriente de uso general C2):

Los valores de la resistividad (ρ) del aluminio a 90 ºC (cables Al Voltalene Falmex de la red de distribución y acometida) se obtienen aplicando la fórmula de la norma UNE 21096:

…y para el cobre a 90 ºC (cables termoestables como el Afumex 1000 V (AS) de la LGA) y a 70 º C (cables termoplásticos como el Afumex Duo (AS) de la DI o el Wirepol Flex del circuito de uso general) empleamos la fórmula de la UNE 20003.

Los valores de reactancia, salvo indicación más precisa, se pueden considerar en torno a 0,08 Ω/km (valor que avala la norma francesa UTE C 15-105 para tendidos independientemente de la sección, naturaleza del conductor y disposición de los conductores).

Resumiendo:

Una protección con curva de tipo C necesita una intensidad de cortocircuito superior a 10 veces su intensidad nominal para actuar adecuadamente. Si el circuito C2 para uso general está protegido con un interruptor magnetotérmico de 16 A de intensidad no tendremos problemas.

 16 A x 10 = 160 A < 713 A