Cálculo de Corrientes de Cortocircuito

Valoración: 4.5 (25 votos)

La selección de los materiales y la determinación de las protecciones para personas y bienes de una instalación eléctrica interior o receptora, requieren del cálculo de corrientes de cortocircuito Icc en cualquier punto de la instalación.

Las corrientes de cortocircuito son valores de la corriente extremadamente elevados que ocurren cuando hay un contacto accidental entre conductores de diferente tensión o entre un conductor en tensión y tierra.

Estas corrientes pueden causar daños significativos a los equipos eléctricos, incendios y otros riesgos de seguridad.

Por tanto, es muy importante calcular con precisión las corrientes de cortocircuito para diseñar sistemas de protección que puedan manejar estas condiciones de fallo sin causar daño.

El punto en el que se produzca el cortocircuito en la red será fundamental para determinar la magnitud de la corriente que se generará:

Cortocircuito cercano al transformador: cuando un cortocircuito ocurre cerca del transformador, la corriente resultante será muy alta. Esto se debe a que la impedancia total del circuito es mínima en este punto, limitando menos la intensidad de cortocircuito.

Cortocircuito en el extremo de la línea: si el cortocircuito se produce en un punto distante del transformador, aguas abajo, la impedancia total del circuito será mayor debido a la contribución de la longitud de la línea. Esto resultará en una corriente de cortocircuito menor en comparación con un fallo cercano al transformador.

Por esta razón, en los circuitos eléctricos interiores, instalaciones receptoras y, en general, en cualquier línea, se deben considerar tanto la intensidad de cortocircuito máxima como la mínima:

Corriente máxima: se presenta en el inicio del circuito o línea (más cerca del transformador), donde la impedancia es mínima.

Corriente mínima: se produce en el final del circuito o línea, donde la impedancia es mayor.

Contenidos
  1. Tipos de Cortocircuito
  2. Parámetros para el Cálculo de las Corrientes de Cortocircuito
  3. Intensidad de Cortocircuito: Red Simplificada
  4. Régimen Transitorio de las Corrientes de Cortocircuito
  5. Poder de Corte y Poder de Cierre de los Elementos de Protección en BT
  6. Cálculo de las Corrientes de Cortocircuito en las Instalaciones de BT
  7. Preguntas Frecuentes sobre el Cálculo de Corrientes de Cortocircuito

Tipos de Cortocircuito

En una instalación eléctrica, el cortocircuito de cables de tensión se puede presentar de diversas maneras, cada uno con características y riesgos específicos:

Cortocircuito tripolar: ocurre cuando las 3 fases de la instalación se conectan entre sí a través de una impedancia despreciable. Aunque no es el tipo de cortocircuito más común, genera las corrientes de mayor valor. Esto lo convierte en el caso de referencia para los cálculos de protección.

Las corrientes de cortocircuito en las 3 fases forman un sistema trifásico simétrico. Así, se simplifica su estudio a través del circuito monofásico equivalente fase-neutro.

Esquema de cortocircuito tripolar

Cortocircuito bipolar sin contacto a tierra: ocurre entre 2 fases sin contacto con tierra. La magnitud de la corriente es menor que en un cortocircuito tripolar pero aún significativa.

Esquema de cortocircuito bipolar sin contacto a tierra

Cortocircuito bipolar con contacto a tierra: involucra 2 fases y tierra. La corriente resultante puede ser diferente dependiendo de la resistencia del punto de contacto con tierra.

Esquema de cortocircuito bipolar con contacto a tierra

Cortocircuito unipolar a tierra: es el tipo de defecto más común. Ocurre cuando una fase entra en contacto con tierra. Es fundamental para determinar las tensiones de defecto Vd en las masas y las protecciones contra contactos indirectos.

Esquema de cortocircuito unipolar a tierra

Cortocircuito doble a tierra: es específico para sistemas IT. Ocurre cuando hay un segundo defecto en una instalación ya afectada por un primer cortocircuito a tierra. Es menos frecuente pero muy importante para el diseño de protecciones en este tipo de sistemas.

Parámetros para el Cálculo de las Corrientes de Cortocircuito

A continuación, se definen y explican en detalle algunos parámetros relacionados con el cálculo de la Icc:

Corriente Permanente de Cortocircuito Ik

Ik es la corriente permanente de cortocircuito, definida como el valor eficaz de la corriente que circula por el circuito después de que los fenómenos transitorios del cortocircuito han finalizado.

Esta corriente se mantiene constante mientras persista la condición de cortocircuito y se estabiliza una vez que los efectos transitorios iniciales han desaparecido.

La corriente permanente de cortocircuito es fundamental para evaluar la capacidad de los conductores y otros componentes del sistema para soportar el calor generado durante el fallo.

Corriente de Cortocircuito Inicial Simétrica Ik''

Ik'' es la corriente de cortocircuito inicial simétrica, definida como el valor eficaz de la corriente en el primer semiperíodo después de que se produce el cortocircuito.

Cuando ocurre un cortocircuito, la corriente no alcanza instantáneamente su valor estable o permanente Ik.

La corriente pasa por un período transitorio, donde sus valores varían rápidamente debido a las resistencias R y reactancias X del sistema en cortocircuito.

La mayor parte de la reactancia X se encuentra en la fuente de alimentación (bobinas del transformador). En cambio, la mayor parte de la resistencia R se encuentra en los cables.

El período transitorio depende de la relación R/X o proporción entre resistencia y reactancia en el cortocircuito:

Cortocircuito cerca de la fuente de tensión: se produce una relación R/X baja (alta reactancia en comparación con la resistencia) que prolonga el período transitorio.

Cálculo de corrientes de cortocircuito: Forma de onda del cortocircuito cerca de la fuente de tensión

Cortocircuito lejos de la fuente de tensión: se produce una relación R/X alta (resistencia más significativa) que acorta el período transitorio. Si el cortocircuito está suficientemente lejos de la fuente de tensión (R muy alta) se puede despreciar el período transitorio. Entonces, se puede considerar que la corriente de cortocircuito inicial simétrica Ik'' es igual a la corriente de cortocircuito permanente Ik, siendo Ik'' = Ik.

Cálculo de corrientes de cortocircuito: Forma de onda del cortocircuito lejos de la fuente de tensión

La corriente de cortocircuito inicial simétrica Ik'' determina el Poder de Corte de los dispositivos de protección, como los interruptores automáticos y fusibles. Indica la corriente que estos dispositivos deben ser capaces de interrumpir de manera segura y efectiva al comienzo del cortocircuito

Corriente Máxima Asimétrica de Cortocircuito Is

La corriente asimétrica máxima de cortocircuito Is, también se conoce como corriente de cresta. Este valor corresponde al máximo instantáneo que puede alcanzar la corriente de cortocircuito en el instante inicial en que se produce el fallo.

Cuando ocurre un cortocircuito, en el instante inicial puede existir una componente continua iC (asimétrica) de la corriente debido a la naturaleza inductiva del sistema.

Esta componente se superpone a la corriente alterna (simétrica), afectando al valor máximo instantáneo, que es es la corriente máxima asimétrica Is.

Cálculo de corrientes de cortocircuito: Forma de onda de la corriente Máxima Asimétrica de Cortocircuito Is

La corriente máxima asimétrica de cortocircuito Is es útil para determinar el Poder de Cierre de los interruptores automáticos que se instalarán. También para definir los esfuerzos electrodinámicos que el sistema deberá soportar

Los esfuerzos electrodinámicos se refieren a las fuerzas mecánicas generadas por las corrientes eléctricas que fluyen a través de los conductores y componentes del sistema.

Dependiendo del instante en el que se produzca el cortocircuito, la corriente máxima asimétrica de cortocircuito Is puede llegar a alcanzar el valor que se obtiene mediante la siguiente fórmula:

donde:

√2: representa el valor máximo instantáneo de la onda senoidal de corriente.

K: es un factor que depende de la relación entre la resistencia (R) y la reactancia (X) del sistema. Este factor varía según la distancia del punto de cortocircuito al transformador.

Ik'': es la intensidad de cortocircuito inicial simétrica.

En la siguiente gráfica se observa la variación R/X, asociada a un factor K (valor entre 1 y 2):

Cálculo de corrientes de cortocircuito: Gráfica de la variación R/X, asociada a un factor K

Intensidad de Cortocircuito: Red Simplificada

En el cálculo de corrientes de cortocircuito, es fundamental simplificar la red para comprender mejor los fenómenos que ocurren durante estos eventos.

Una red simplificada se puede representar utilizando una fuente de tensión alterna constante, un interruptor, una impedancia Zcc que representa las impedancias situadas aguas arriba del interruptor, y una impedancia ZL, que corresponde a la carga.

Intensidad de servicio o empleo I: con el interruptor cerrado y sin ningún defecto, la corriente que circula por la red es la corriente de servicio o empleo I.

Esta es la corriente normal que el sistema soporta bajo condiciones de operación estándar. Está limitada por la pequeña impedancia Zcc situada aguas arriba del interruptor y, sobre todo, por la impedancia de carga ZL.

Por tanto, en ausencia de defecto, circula una corriente de servicio o empleo I desde la fuente de tensión hacia la carga ZL.

Cálculo de corrientes de cortocircuito: Esquema de Intensidad de servicio o empleo en un circuito

Intensidad de cortocircuito Icc: con el interruptor cerrado y con una unión entre conductores de distinta polaridad A y B, se genera una corriente de cortocircuito Icc.

Cálculo de corrientes de cortocircuito: Esquema de Intensidad de cortocircuito en un circuito

Cuando entre la fuente de tensión y la carga ZL ocurre un cortocircuito accidental o unión entre 2 puntos de diferente tensión (puntos A-B), aparece una corriente de cortocircuito Icc extremadamente elevada que solo está limitada por la impedancia Zcc y no por la impedancia de carga ZL.

Los valores de resistencia R y reactancia X que componen la impedancia Zcc aumentan a medida que se incrementa la distancia al origen de la alimentación, debido al efecto de la línea eléctrica.

Por otro lado, con respecto al régimen transitorio, el comportamiento inicial de la corriente de cortocircuito en el tiempo está condicionado por la relación entre la resistencia R y la reactancia X de la línea, que varía en función de la distancia al punto de fallo.

Régimen Transitorio de las Corrientes de Cortocircuito

El régimen transitorio de la corriente de cortocircuito Icc es un fenómeno complejo que se caracteriza por una rápida evolución de la magnitud de la corriente durante los primeros instantes del cortocircuito.

La Icc que se produce en los primeros instantes depende de varios factores, entre los que destacan el punto donde se produce cortocircuito y el valor instantáneo de la tensión en el momento del cortocircuito.

Punto donde se produce cortocircuito: la ubicación exacta donde se produce el fallo, tiene un impacto significativo en la Icc. Cuanto más cerca esté el punto de cortocircuito de la fuente de alimentación, mayor será la corriente Icc (menor impedancia del circuito). En este caso, la mayor reactancia inductiva X respecto a R, genera oscilaciones en la Icc, especialmente en los primeros instantes del cortocircuito.

Valor instantáneo de la tensión en el momento del cortocircuito: el valor que tenga la tensión en el instante exacto en el que se produzca el cortocircuito también influye en la Icc.

Si la tensión u tiene un ángulo α = 90° (paso por el valor máximo): se produce un cortocircuito simétrico. La intensidad de cortocircuito es igual a la corriente permanente desde el inicio, sin período transitorio significativo.

Valor instantáneo de la tensión en el momento del cortocircuito. Paso por el valor máximo en 90 grados

Si la tensión u tiene un ángulo α = 0° (paso por cero): el cortocircuito es asimétrico. Existe un período transitorio con una componente unidireccional (continua) en la intensidad de corriente, cuyo amortiguamiento es más rápido cuanto mayor es la relación R/X (mayor distancia al transformador). Este es el escenario más extremo y genera la corriente máxima asimétrica de cortocircuito Is.

Valor instantáneo de la tensión en el momento del cortocircuito. Paso por cero en ángulo de 0 grados

Por todo ello, la corriente máxima asimétrica Is podrá variar entonces desde Is = √2 · Ik'' (sin período transitorio) hasta Is = K · √2 · Ik'' (con período transitorio).

Poder de Corte y Poder de Cierre de los Elementos de Protección en BT

La corriente de cortocircuito en un transformador varía en función de la distancia al punto donde se produce el defecto:

Cortocircuito en las cercanías de un transformador: el régimen transitorio de la corriente se ve significativamente afectado. Esta situación particular exige una comprensión detallada de los fenómenos involucrados y de cómo se deben seleccionar y dimensionar los aparatos de protección para asegurar la seguridad del sistema eléctrico. En las redes de distribución, los aparatos de protección suelen tener un retardo deliberado para que no produzcan cortes con frecuencia.

Cortocircuito lejos de un transformador: la intensidad de cortocircuito Icc es menor. Además, al tener un régimen transitorio muy corto, la componente continua de la corriente se amortigua rápidamente y se alcanza su valor permanente más rápido. En las instalaciones receptoras, los aparatos de protección suelen tener apertura instantánea para prevenir daños mayores y riesgos como incendios.

Centrándonos en las instalaciones receptoras de baja tensión BT, tanto la rápida velocidad de actuación de los dispositivos de protección (interruptor automático o fusible) como la distancia al transformador, hacen que la consideración del régimen transitorio sea menos relevante.

En este caso, la simplificación en el diseño y la selección de dispositivos de protección en instalaciones de BT es posible porque los valores de Ik'' e Is proporcionan suficiente información para garantizar la protección efectiva.

Esto permite una respuesta rápida y eficaz a las condiciones de cortocircuito sin necesidad de un análisis detallado del régimen transitorio.

Con estos valores de la corriente de cortocircuito podremos seleccionar el Poder de Corte (con el valor de Ik'') y el Poder de Cierre (con el valor de Is) de los elementos de protección.

Selección del Poder de Corte

El Poder de Corte, también conocido como capacidad de interrupción, es la capacidad de un dispositivo de protección para interrumpir la corriente de cortocircuito máxima sin sufrir daños. Este valor es esencial para garantizar que el dispositivo pueda manejar las corrientes extremas que pueden ocurrir durante un cortocircuito.

El Poder de Corte de un interruptor automático o de un fusible se selecciona teniendo en cuenta la corriente de cortocircuito inicial simétrica Ik''.

El dispositivo de protección debe ser capaz de interrumpir Ik'' sin sufrir daños para garantizar la seguridad y la integridad del sistema eléctrico.

Selección del Poder de Cierre

El Poder de Cierre es la capacidad de un dispositivo de protección para cerrar y establecer un circuito en presencia de una corriente de cortocircuito. Asegura que el dispositivo pueda cerrar el circuito sin sufrir daños cuando ya hay un cortocircuito en el instante de cierre.

El Poder de Cierre es un parámetro relacionado exclusivamente con la corriente de cortocircuito en interruptores y, por tanto, no se aplica a los fusibles. Estos tienen funciones y características diferentes a los interruptores, permaneciendo siempre cerrados en funcionamiento normal.

El Poder de Cierre de un interruptor automático se selecciona teniendo en cuenta la corriente máxima asimétrica de cortocircuito Is.

El interruptor podrá cerrar el circuito sin fallar o quedar dañado, incluso cuando exista una corriente de cortocircuito inicial Is presente. Esto no es aplicable al fusible por razones obvias.

Cálculo de las Corrientes de Cortocircuito en las Instalaciones de BT

El cálculo de corrientes de cortocircuito en instalaciones de baja tensión permite obtener la sección adecuada de los conductores. Además, también permite seleccionar los dispositivos de protección apropiados.

A continuación, se describe el proceso de cálculo de Icc considerando 2 métodos. En cualquiera de ellos, la corriente de corto circuito resultante es ligeramente superior a la real, estando del lado de la seguridad:

Cálculo de las corrientes de cortocircuito con datos de la red de baja tensión: se asume que la potencia en el lado de alta tensión (AT) del transformador es infinita. Esta suposición se realiza porque es el caso más desfavorable, es decir, el que genera la mayor corriente de cortocircuito posible.

Se necesitan datos, tanto del transformador, como de todas las líneas desde el transformador hasta el punto de cortocircuito considerado.

Cálculo de las corrientes de cortocircuito sin datos de la red de baja tensión: en muchos casos prácticos, la impedancia del circuito de alimentación, que incluye la impedancia del transformador, la red de distribución y la acometida, no es conocida con precisión. Para estos casos, se utiliza un método simplificado basado en el anexo 3 de la guía técnica del REBT.

Solo son necesarios los datos de las líneas desde el origen de la instalación receptora, es decir, desde la caja general de protección (CGP) o desde la caja de protección y medida (CPM) hasta el punto de cortocircuito considerado.

Aunque el cálculo de la Icc en electricidad no sea el criterio principal para dimensionar los conductores, es esencial verificar que estén adecuadamente protegidos por los dispositivos de protección seleccionados.

Esto garantiza que, en caso de un cortocircuito, los conductores no sufran daños y la instalación permanezca segura. Lo mismo se podría decir para la corriente de sobrecarga.

Preguntas Frecuentes sobre el Cálculo de Corrientes de Cortocircuito

¿Qué es la corriente de cortocircuito Icc y cómo se produce?

La intensidad de cortocircuito (Icc) es la corriente elevada que surge cuando se produce un contacto accidental entre conductores de diferente potencial (fase-fase, fase-neutro o fase-tierra). Este fenómeno ocurre debido a la drástica reducción de la impedancia del circuito (Z), que combina resistencia (R) y reactancia (X).

La corriente de cortocircuito Icc es el valor de la corriente que circula por el circuito durante un cortocircuito. Su cálculo se obtiene según la Ley de Ohm (Icc = V/Z), donde V es la tensión de la fuente de alimentación. Esta corriente puede ser máxima cerca del transformador (impedancia baja) o mínima en el extremo de la línea (impedancia alta).

La corriente de cortocircuito se produce por:
– Contacto directo entre conductores
– Deterioro de aislamientos
– Fallos en equipos eléctricos

Los principales riesgos en un cortocircuito son daños térmicos y mecánicos en las instalaciones, así como peligro de incendios y explosiones.

Cuando se produce el cortocircuito se requiere de dispositivos de protección, como los interruptores automáticos o los fusibles que actúen rápidamente. Los tiempos de intervención deben ser inferiores a los que causarían daños irreparables.

¿Cómo calcular la corriente de un cortocircuito?

El cálculo de la corriente de cortocircuito (Icc) sirve para seleccionar las protecciones adecuadas y garantizar que los conductores resistan corrientes extremas durante fallos.

La Icc se obtiene con la Ley de Ohm, es decir, el cociente entre la tensión de la alimentación (en voltios, V) y la impedancia del circuito de defecto Zcc, que incluye la resistencia (R) y la reactancia (X) del circuito hasta el punto de cortocircuito.

Hay 2 métodos principales para calcular Icc:

Con datos de la red de baja tensión (BT): se asume que la potencia en el lado de alta tensión (AT) del transformador es infinita. La impedancia total del circuito (Zcc) se calcula como la suma de las impedancias del transformador (ZT) y las líneas (ZL), es decir, Zcc = ZT + ZL. Para obtener Icc se aplica la Ley de Ohm considerando la tensión a la salida del transformador.

Sin datos de la red de baja tensión (BT): es el método simplificado basado en el anexo 3 de la guía técnica del REBT. Solo se necesitan los datos de las líneas desde el origen de la instalación (CGP o CPM) hasta el punto de cortocircuito. Se calcula la resistencia de las líneas (RL) y se aplica la fórmula de la Ley de Ohm para calcular Icc considerando un valor del 80% de la tensión de la red.

¿Qué es un cortocircuito en un enchufe?

Un cortocircuito en un enchufe es un fallo eléctrico que ocurre cuando los conductores internos del enchufe, generalmente el cable de fase y el de neutro, entran en contacto debido a un mal aislamiento, conexiones defectuosas o daños en el cableado.

Este contacto directo crea un camino de muy baja resistencia, provocando una corriente extremadamente alta en el circuito y superando ampliamente los valores normales de operación.

El cortocircuito en el enchufe se produce por las siguientes causas comunes:
Cables dañados: desgaste del aislamiento de los cables, que permite que los conductores de fase y neutro se toquen.
Conexiones flojas o mal hechas: tornillos sueltos o empalmes defectuosos en el enchufe.
Humedad o líquidos: la presencia de agua en el enchufe puede crear un puente conductor entre fase y neutro.

El cortocircuito produce chispas o arcos eléctricos que pueden causar quemaduras o incendios. Además, los cables y componentes del enchufe pueden derretirse o quemarse. Si los dispositivos de protección están bien dimensionados (interruptores automáticos o fusibles), actuarán para cortar la corriente, provocando un apagón en el circuito afectado.

¿Qué es la corriente Ik en un cortocircuito?

La corriente permanente de cortocircuito (Ik) representa el valor eficaz estable de corriente que persiste tras desaparecer los fenómenos transitorios iniciales de un cortocircuito. Su cálculo y análisis son esenciales para garantizar la seguridad y funcionalidad de las instalaciones eléctricas.

Características principales:

Estabilización: tras un cortocircuito, la corriente supera una fase transitoria breve (influenciada por R y X del circuito) antes de alcanzar su valor permanente Ik.
Dependencia de la impedancia (Z): la magnitud de Ik depende de la impedancia del circuito.
* Cortocircuitos cercanos al transformador: baja Z → Ik elevada.
* Cortocircuitos alejados: alta Z (por longitud de línea) → Ik reducida.
Base para el diseño: determina la capacidad de componentes (conductores y protecciones) para resistir esfuerzos térmicos y mecánicos durante el fallo.

Aplicaciones prácticas en BT:

1º) Selección de protecciones: los dispositivos de protección deben tener un Poder de Corte (PdC) suficiente para interrumpir Ik de manera segura.
2º) Diseño de instalaciones: los conductores y equipos deben dimensionarse para soportar la Ik sin sobrecalentarse ni sufrir daños.

¿Cómo es la corriente en un cortocircuito?

La corriente de cortocircuito (Icc) es un flujo masivo de electricidad que ocurre cuando conductores a diferente potencial entran en contacto accidental.

Puede alcanzar valores muy altos en un tiempo muy breve, representando un riesgo significativo para las instalaciones eléctricas, los equipos conectados y la seguridad de las personas. Su magnitud depende críticamente de la impedancia del circuito (Z = R + X):

Factores determinantes:
1º) Ubicación del fallo:
– Cerca del transformador: Z mínima → Icc máxima (decenas de kA).
– Lejos del transformador: Z alta (por longitud de conductores) → Icc reducida.
2º) Tipos de cortocircuito:
– Tripolar (3 fases): mayor Icc.
– Bipolar (2 fases): Icc intermedia.
– Unipolar (fase-tierra): más frecuente, con Icc variable.

Comportamiento dinámico:
– Régimen transitorio inicial: incluye componente continua que eleva el valor pico (Is). Genera esfuerzos electromecánicos en conductores.
– Estabilización: la Icc se reduce al valor permanente (Ik) tras los transitorios.

Protecciones requeridas:
– Los dispositivos deben soportar e interrumpir tanto Is como Ik.
– Se usan interruptores automáticos y fusibles necesitando adecuado Poder de Corte.

¿Cuál es el voltaje de cortocircuito?

Durante un cortocircuito real en una instalación eléctrica, el voltaje en el punto del fallo tiende a caer bruscamente, acercándose a cero, debido a la reducción drástica de la impedancia en ese punto.

Entonces, ¿Qué pasa con el voltaje cuando hay un cortocircuito? El comportamiento del voltaje dependerá del punto a analizar:

En el punto de cortocircuito: la impedancia se aproxima a cero, causando una corriente Icc extremadamente alta. Si se considera una impedancia de contacto nula (contacto franco), los conductores en cortocircuito se pondrán exactamente a la misma tensión, lo que indicará que la diferencia de tensión o voltaje en el punto de cortocircuito será cero

Aguas abajo del punto de cortocircuito: aguas abajo del cortocircuito, el voltaje también tenderá a disminuir significativamente, siendo nulo si consideramos un cortocircuito franco.

Aguas arriba del punto de cortocircuito: la caída de tensión se distribuirá a lo largo del cable, disminuyendo gradualmente desde el transformador hasta el punto de cortocircuito. En consecuencia, la tensión en cualquier punto intermedio del cable será menor que la tensión del transformador y mayor que la tensión en el punto de cortocircuito.

¿Cuándo se genera un cortocircuito?

Un cortocircuito se genera cuando hay un contacto accidental entre conductores de diferente tensión.

El cortocircuito se puede generar en cualquier punto de una instalación eléctrica, ya sea cerca del transformador (donde la corriente es máxima debido a la baja impedancia) o en el extremo de una línea (donde la corriente es menor debido a la mayor impedancia). En cualquier caso, se produce una corriente extremadamente elevada.

Las causas de un cortocircuito son las siguientes:
Fallos en el aislamiento: el deterioro o daño en el aislamiento de los cables puede permitir que conductores de diferente tensión entren en contacto directo.
Errores humanos: conexiones incorrectas durante la instalación o mantenimiento de equipos eléctricos pueden provocar cortocircuitos.
Condiciones ambientales: la humedad, la presencia de polvo o la contaminación pueden reducir la resistencia del aislamiento, facilitando el contacto entre conductores.
Sobrecargas: una corriente excesiva en un circuito puede sobrecalentar los conductores, dañando el aislamiento y provocando un cortocircuito.
Defectos en equipos: fallos internos en dispositivos eléctricos, como transformadores o motores, pueden generar cortocircuitos.

¿Qué daños puede ocasionar un cortocircuito?

Un cortocircuito provoca una serie de efectos graves en la instalación eléctrica, los equipos conectados y la seguridad de las personas. Los daños que puede ocasionar un cortocircuito son principalmente los siguientes:
Daños en equipos eléctricos: pueden quemar cables, interruptores, transformadores y otros componentes, resultando en reparaciones caras o la necesidad de reemplazar equipos.
Incendios: el calor generado por la alta corriente puede inflamar materiales cercanos, como aislantes, plásticos o madera, provocando incendios.
Riesgos para las personas: pueden causar descargas eléctricas, explosiones o la proyección de partículas incandescentes, representando un peligro directo para las personas que se encuentren cerca del fallo.
Interrupciones del servicio eléctrico: los dispositivos de protección (como interruptores automáticos o fusibles) actúan para interrumpir la corriente de cortocircuito, provocando la desconexión del circuito afectado.
Esfuerzos electrodinámicos: se generan fuerzas electromagnéticas significativas entre los conductores, pudiendo deformar o dañar los componentes físicos de la instalación, como barras de distribución o soportes de cables.
Pérdidas económicas: además de los daños directos a los equipos, pueden provocar paradas no planificadas en procesos industriales, generando pérdidas de productividad y costes adicionales.

¿Cuál es la diferencia entre cortocircuito y sobrecarga?

Definición y causas:
– Cortocircuito: contacto accidental entre conductores a diferente tensión (fase-neutro, fase-fase o fase-tierra) por fallos de aislamiento, errores humanos, condiciones ambientales adversas o defectos en equipos.
– Sobrecarga: exceso de corriente prolongado en un circuito, sin contacto entre conductores, causado por conexión excesiva de dispositivos, equipos con alto consumo o diseño inadecuado.
Características técnicas:
– Cortocircuito: corriente extremadamente alta (decenas de veces la nominal) que genera fuerzas magnéticas y calor intenso. Requiere actuación inmediata de protecciones.
– Sobrecarga: corriente elevada (1,1 a 10 veces la nominal). Produce calor progresivo en conductores que puede persistir antes de activar las protecciones.
Efectos y consecuencias:
– Cortocircuito: produce daños inmediatos (quemaduras, explosiones). Hay alto riesgo de incendio y electrocución. Se produce una interrupción instantánea del servicio.
– Sobrecarga: produce deterioro gradual de aislamientos y componentes. Hay riesgo de incendio si no se corrige. Se produce la interrupción eventual del servicio.

Como conclusión, ambos fallos requieren protecciones específicas (interruptores magnetotérmicos y fusibles para sobrecargas y cortocircuitos) y diseño adecuado de instalaciones.

¿Cómo se detecta un cortocircuito?

Los métodos más comunes para detectar un cortocircuito, son:

Síntomas visibles o perceptibles:
– Chispas o arcos eléctricos: si se observan chispas o destellos en un circuito, es probable que haya un cortocircuito.
– Humo u olor a quemado: el calor extremo puede dañar cables y componentes, generando humo y olor a plástico quemado.
– Disparo de protecciones: si los dispositivos de protección, como interruptores automáticos o fusibles, se disparan repetidamente, es un indicio de que puede haber un cortocircuito.

Uso de herramientas de medición:
Multímetro (tester): se utiliza en modo de medición de continuidad o resistencia (ohmímetro). Se puede realizar a la instalación o a un equipo eléctrico.
1º) Cortar alimentación del circuito o desconectar el dispositivo sospechoso.
2º) Colocar las puntas del multímetro en los cables a verificar (entre fase y neutro, fase y tierra, etc.).
3º) Si la resistencia se aproxima a 0 Ω confirma el cortocircuito.
Megóhmetro (medidor de aislamiento): se usa para medir la resistencia de aislamiento de los cables y detectar fallos en el aislamiento.
1º) Desconectar la alimentación.
2º) Aplicar tensión de prueba (500V/1000V) entre conductores.
3º) Una resistencia de aislamiento muy baja sugiere fallo inminente.

¿Por qué la corriente de cortocircuito es asimétrica?

La corriente de cortocircuito presenta un comportamiento asimétrico inicial debido a la superposición de una componente continua sobre la corriente alterna. Esta asimetría depende de:

Naturaleza inductiva del circuito: la relación X/R determina la duración del transitorio:
– Alta X/R → Componente continua persiste más tiempo.
– Baja X/R → Decaimiento rápido.

Momento del fallo en el ciclo de tensión: valor de la tensión en ese instante:
– Tensión en máximo (90°): Corriente simétrica desde el inicio (sin componente continua).
– Tensión en cero (0°): Componente continua máxima, generando asimetría y mayor valor de cresta (Is).

Corriente máxima asimétrica (Is): depende de un factor K que varía entre 1 (simetría pura) y 2 (asimetría máxima), según X/R. La fórmula es: Is = K · √2 · Ik'' (Ik'' = corriente simétrica inicial).

Se observa que la intensidad Is puede duplicar el valor de Ik'', exigiendo dispositivos de protección con mayor capacidad de interrupción. Por ello, el diseño de instalaciones, en especial para cortocircuitos en las cercanías de un transformador, debe considerar este fenómeno para garantizar suficiente resistencia mecánica y térmica ante esfuerzos transitorios.

¿Cuáles son los tipos de cortocircuito?

Los cortocircuitos se clasifican según la naturaleza del fallo y los conductores involucrados. Su estudio es fundamental para diseñar protecciones adecuadas debido a sus riesgos específicos:

1º) Cortocircuito tripolar: contacto simultáneo entre las 3 fases. Genera las corrientes más altas (es el caso de referencia para los cálculos).
2º) Cortocircuito bipolar sin contacto a tierra: contacto directo entre 2 fases. Genera corriente elevada pero menor que el tripolar. No produce tensiones de defecto en masas.
3º) Cortocircuito bipolar con contacto a tierra: 2 fases en contacto mutuo y con tierra. Provoca riesgo de tensiones peligrosas en masas metálicas, representando un peligro para personas y equipos.
4º) Cortocircuito unipolar a tierra: contacto de una fase con tierra. Es el cortocircuito más común. Determina las tensiones de defecto (Vd) en las masas para diseñar protecciones contra contactos indirectos. Su valor depende de la impedancia del circuito y de la resistencia del contacto a tierra.
5º) Cortocircuito doble a tierra: segundo defecto a tierra en una instalación ya afectada por un primer cortocircuito a tierra. Es específico para sistemas IT (neutro aislado o conectado a tierra a través de una impedancia). Es menos frecuente, pero esencial para diseñar protecciones en sistemas IT.

¿Cómo se calcula la corriente de cortocircuito en transformadores?

La corriente de cortocircuito (Icc) en transformadores, en los bornes de salida del secundario, se calcula como el cociente entre la corriente nominal secundaria (I2n) y la tensión porcentual de cortocircuito (ucc) y multiplicando este cociente por 100:

Icc = (I2n / ucc) · 100

La corriente nominal secundaria I2n se obtiene de los datos de la potencia aparente S y de la tensión nominal secundaria V2n del transformador, siendo I2n = S / (√3 · V2n). Asimismo, la tensión porcentual de cortocircuito ucc es un parámetro que también se indica en los datos del transformador, obtenido cuando se le realiza el ensayo en cortocircuito al transformador.

El cálculo de la corriente de cortocircuito es fundamental para:
Seleccionar los dispositivos de protección: los interruptores automáticos y los fusibles deben tener un poder de corte o capacidad de interrupción suficiente para cortar la corriente de cortocircuito máxima.
Dimensionar los cables: los cables deben tener una sección adecuada para soportar la corriente de cortocircuito que se pueda producir en cualquier punto sin sobrecalentarse.
Garantizar la seguridad de las instalaciones: un cálculo exacto de la corriente de cortocircuito ayuda a prevenir daños en los equipos y riesgos para las personas.

¿Qué son las corrientes de falla?

Las corrientes de falla son corrientes anormalmente altas, causadas por cortocircuitos, defectos a tierra o arcos eléctricos. Por tanto, los cortocircuitos (contacto entre conductores) son un tipo específico dentro de estas anomalías eléctricas.

Las características de las corrientes de falla son:
Magnitud elevada: valores de varias veces la corriente nominal del circuito, según tipo de falla e impedancia del sistema.
Duración breve: interrumpidas rápidamente por protecciones (interruptores automáticos o fusibles).
Efectos destructivos: generan calor intenso, fuerzas electromagnéticas y arcos eléctricos que dañan equipos.

Los tipos de corrientes de falla son:
Corrientes de cortocircuito: contacto accidental entre conductores de diferente tensión (fase-fase, fase-neutro). Son las más intensas y peligrosas.
Corrientes de defecto a tierra: contacto de fase con tierra. Su valor depende del sistema de puesta a neutro y masas: son muy bajas en un primer defecto en el esquema IT, bajas en un esquema TT y muy altas en el esquema TN o en un segundo defecto en el esquema IT.
Corrientes de arco eléctrico: flujo a través de aire ionizado. Son de menor intensidad pero igualmente peligroso por calor/radiación.

También te puede interesar:

Deja una respuesta

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos obligatorios están marcados con *

Tu puntuación: Útil

Subir

Esta web utiliza cookies, ¿Estás de acuerdo? Ver más