cálculo de cortocircuitos y juegos de barras

DEPARTAMENTO DE CAPACITACINLEGRAND CHILE

Av. Vicua Mackenna #1292 uoaSantiago de Chile

Clculo de cortocircuitos y juegos de barras

CLCULO DE CORTOCIRCUITOS Y JUEGOS DE BARRAS


Toda red o sistema elctrico est expuesto a defectos causados por diferentes motivos.

Introduccin

Entre los ms destructivos se encuentran los cortocircuitos.

El adecuado estudio del cortocircuito y sus efectos puede hacer que la red dimensionada sea capaz de resistir sin sufrir daos durante un tiempo especfico.


DEPARTAMENTO DE CAPACITACINLEGRAND CHILE Contenidos

Anormalidades en las instalaciones elctricas

El cortocircuito

Clculo de niveles de cortocircuito

Clculo y seleccin de juegos de barras

Aplicaciones



I


Generalidades

Toda red elctrica puede presentar dos estados operativos:

Estados operativos de las instalaciones

elctricas



I


Estado normal

Condicin que establece que los parmetros elctricos se encuentran dentro de los lmites permisibles.

La alimentacin

La distribucin

Los equipos



I


La alimentacin

6,0%

7,5%

Ej.:

MT-12 kV:11,28 a 12,72 kV

BT-380 V:351,5 a 408,5 V

BT-220 V:203,5 a 236,5 V



I


La distribucin

E

TG

TD TD

L1

L2

circuitos

Vp < 3%

Vp < 3%

Vp < 5%



I


Los equipos

No existe un valor prefijado de tensin, pero se acepta en el caso de equipo electrnico sensible no menos de 200 V.



I


Estado anormal

Condicin que establece que los parmetros elctricos se encuentran fuera de los lmites permisibles durante un tiempo determinado.

anormalidades



I


Perturbaciones

Alteracin de las caractersticas ideales (originales) de la energa elctrica, provocada por su transporte, distribucin y utilizacin.

Pueden ser transitorias o permanentes y sus efectos pueden llegar a ser perceptibles sobre equipos e instalaciones.

Las tradicionales:

Ref: GDP pg. 17



I


Perturbaciones

Otra perturbacin hoy en da bastante comn es la distorsin por contenido armnico dada la gran presencia de equipo electrnico de caractersticas no lineales en las redes.

Ref: GDP pg. 22



I


Perturbaciones

En una carga lineal, la forma de onda de la corriente es igual a la de la tensin.



I


Perturbaciones

En una carga no-lineal, la forma de onda de la corriente no es igual a la de la tensin.



I


Perturbaciones

Fourier permite separar una seal distorsionada en sus componentes armnicas

Ref: GDP pg. 22



I


Perturbaciones

Cada armnica tiene un nombre, una frecuencia y una secuencia.

Nombre Frecuencia Secuencia

1 Armnico 50 Hz Positiva

3 Armnico 150 Hz Cero

5 Armnico 250 Hz Negativa









I


Fallas

Condicin que pone en peligro ya sea la instalacin o a sus usuarios.

sobrecargas cortocircuitos aislamiento



I


Generalidades

Defecto de baja impedancia entre dos puntos de potencial diferente.

Caractersticas:Creacin de un arco elctrico

Esfuerzos electrodinmicos

Esfuerzos trmicos

220 V



I


Tipos de cortocircuitos

Existen los trifsicos, bifsicos y monofsicos.



I


Seales de cortocircuito

La forma de la seal de cortocircuito depende principalmente del momento de ocurrencia de la falla.

falla simtrica



I


Seales de cortocircuito

La forma de la seal de cortocircuito depende principalmente del momento de ocurrencia de la falla.

falla asimtrica



I


Generalidades

fuentefuente CargaCarga

ZZ11 ZZ22 ZZ33

LL11 LL22 LL33

IIcc1cc1ZZ11

IIcc2cc2

ZZ11 + Z+ Z22

IIcc3cc3

ZZ11 + Z+ Z22 + Z+ Z33

Para la determinacin de los niveles de cortocircuito de una red se deben calcular las impedancias de fallas en cada punto.



I


Amplitud de la corriente de cortocircuito

El Corto circuito real (sin proteccin de un aparato limitador), el valor mximo de la corriente peak se desarrolla durante el primer semiperiodo del cortocircuito (1er peak asimtrico).

Iccpeak(Ipk)= nIcceficaz presunta

Ref: GDP pg. 364



I


Procedimiento de clculo segn ANSI.El procedimiento para calcular las corrientes de cortocircuito en un sistema de distribucin consta de los siguientes pasos:

Disponer del diagrama del sistema: el diagrama unilineal con todas las fuentes y todas las impedancias del circuito.Convertir impedancias: valores en p.u del diagrama en estudio.Combinar impedancias: reduccin del diagrama de impedancias para calcular la impedancia equivalente.Calcular la corriente de cortocircuito: el paso final es el clculo de la corriente de cortocircuito, las impedancias de lasmquinas rotatorias usadas en el circuito dependen del estudio en cuestin

Mtodos de Clculo

Existen dos mtodos que permiten conocer las corrientes ante fallas de cortocircuitos.



I


Procedimiento de clculo segn IEC.Considera redes radiales (casos usuales en sistemas de distribucin industrial) y en anillo.El valor de la corriente de cortocircuito es la suma de la componente simtrica AC y la componente transitoria DC. En particular, la norma IEC 909 define el clculo de las siguientes corrientes: IK: Corriente inicial simtrica RMS. ip : Valor peak. Ib :Corriente de cortocircuito simtrica de

interrupcin en un instante tm, para separacin del contacto del interruptor. Ib sym : Corriente asimtrica de interrupcin RMS. IK : Corriente en rgimen permanente de cortocircuito

RMS.

Mtodos de Clculo




I


Corrientes ANSI Corrientes IEC

Momentneas Inicial IK

Reconexin Mximo ( Ip )

Interrupcin Apertura ( Ib )

Ajuste dispositivos Estado estacionario ( IK )

La norma ANSI est orientada para la seleccin de interruptores, mientras que la norma IEC da una gua general de clculo de las corrientes de cortocircuito. En general hay en IEC ms detalles para el clculo que en ANSI; cualquiera de estas normas o la vinculacin entre ellas dan excelentes resultados a la hora de utilizarlas para el clculo de corrientes de cortocircuito.

Mtodos de Clculo




I


Modelamiento

Componente Smbolo Modelo

Sistema (Distribuidora)

Maquinas Rotatorias

Transformador

Lneas

Cargas o Consumos

~

Rt Xt

RL XL

P + jQP + jQ

Para Calcular los Corto Circuitos, se deben modelar los Elementos del Sistema:

~

R X



I


fuente

fuentefuente/carga

carga

carga

Modelamiento



I


Para determinar los niveles de cortocircuito existe este mtodo, que genera una evaluacin rpida de acuerdo a lo propuesto por la UTE 15-105; el mtodo de composicin.

Mtodo de composicin

Ref: GDP pg. 246



I


( )KQ

nQ S

UmZ2=

QQ ZX = 995.0Datos:

m : Factor de Carga, tomado igual a 1,05

Un : Tensin de la red interior en BT (V)

SKQ: Potencia de cortocircuito del sistema (kVA)

RQ : Resistencia del sistema (expresarla en m)XQ : Reactancia del sistema (expresarla en m)

Sistema

QQ XR = 1.0

Mtodo de las impedancias

Ref: GDP pg. 240



I


TrTr ZR = 31.0TrTr ZX = 95.0

Datos:


Un : Tensin de la red interior (V)

STr : Potencia nominal del transformador (kVA)

ZTr : Impedancia del transformador (m))Ucc : Reactancia porcentual del transformador (%)

RTr : Resistencia del transformador (expresarla en m)XTr : Reactancia del transformador (expresarla en m)

Transformador

( )100

2cc

Tr

nTr

USUmZ =


Ref: GDP pg. 241



I


Lneas

= PhPhC SnLR 30 10

Datos:

0 : Resistividad del conductor ( mm2/mts )

nPh : Nmero de Conductores en Paralelo por fase

SPh : Seccin del Conductor en (mm2)

: Reactancia Lineal del Conductor en (m/mts)

RL : Resistencia de la lnea (expresarla en m)XL : Reactancia de la lnea (expresarla en m)

=

PhC n

LX


Ref: GDP pg. 245



I



ZccEmCIcc Thmx

=3

Corriente de cortocircuito (Trifsica)

Datos:

Cmax : Factor de Tensin Corto Ctos mximos 1,05


ETh : Tensin de Thevenin vista desde la fuente (V)

Zcc : Impedancia de cortocircuito en el punto de falla vista desde la fuente (m)

Icc : Corriente de cortocircuito (kA)Ref: GDP pg. 244



I


La proteccin y el control de los circuitos de utilizacin son las funciones bsicas de un tablero; no obstante, antes de ellas existe una funcin quizs ms discreta pero no menos indispensable: la reparticin.

Generalidades

Ref: GDP pg. 356



I


El juego de barras es la autntica columna vertebral de todo conjunto de distribucin.

barras flexibles

barras de transferencia

barras de derivacin

barras de distribucin

El dimensionamiento de los juegos de barras

Ref: Cat. pg. 136



I


La seccin necesaria de las barras se determina en funcin de la corriente de utilizacin y el IP del tablero de acuerdo a la IEC 60947-1.

Ref: GDP pg. 358

Ie : Corriente asignada de empleo, a utilizar en carcasas con ventilacin natural o en tableros con IP < 30 (T ambiente interno < 25 C).

Ithe: Corriente trmica bajo carcasa correspondiente a las condiciones de instalacin ms severas.

Las envolventes estancas no permiten una renovacin natural del aire, el IP> 30 (T ambiente interno < 50 C).




I


Sinerga del Sistema XL3Facilitar y libertad en la eleccin del sistema de reparticin estndar u optimizada:

E

S

T

A

N

D

A

R




I


Sinerga del Sistema XL3Facilitar y libertad en la eleccin del sistema de reparticin estndar u optimizada:

O

P

T

I

M

I

Z

A

D

A




I


6.2.2.1.- Los conductores de alimentacin que lleguen a un tablero debern hacerlo a puentes de conexin o barras metlicas de distribucin desde donde se harn las derivaciones para la conexin de los dispositivos de comando o proteccin constitutivos del tablero. No se aceptar el cableado de un tablero con conexiones hechas de dispositivo a dispositivo.6.2.2.2.- Las barras de distribucin se debern montar rgidamente soportadas en las cajas, gabinetes o armarios; estos soportes debern ser aislantes.6.2.2.3.- La cantidad y dimensiones de los soportes de barras se fijarn de acuerdo al clculo de esfuerzos dinmicos que se originen en la ms alta corriente de cortocircuito estimada para el tablero y teniendo en consideracin la presencia de armnicas de corriente o tensin que puedan originar resonancias mecnicas de las barras.

El dimensionamiento de los juegos de barrasDe acuerdo a la Nch 4/2003:

Ref: www.sec.cl



I


6.2.2.4.- Tanto las barras como los conductores del cableado interno de los tableros debern cumplir el cdigo de colores indicado en 8.0.4.15.6.2.2.5.- La capacidad de transporte de corriente de las barras de distribucin de un tablero se fijar de acuerdo a la tabla N 6.4.8.2.2.12.- Todo el sistema de barras de distribucin desnudas deber quedar protegido por una cubierta removible y mecnicamente resistente. En caso que esta cubierta sea de un material conductor, deber conectarse a tierra cada una de las secciones que la formen.Se recomienda que esta cubierta est formada por una rejilla o que tenga perforaciones que faciliten la ventilacin de las barras sin afectar la seguridad del conjunto

El dimensionamiento de los juegos de barrasDe acuerdo a la Nch 4/2003:

Ref: www.sec.cl



I


Curva de limitacin de corriente:

Entregan el valor mximo de las corrientes limitadas por los interruptores.Permiten determinar:Si la corriente limitada es aceptada por el aparato aguas abajo.Los efectos electrodinmicos (por ejemplo en las barras).

Ref: GDP pg. 365




I


Curva de limitacin de esfuerzo trmico:

Entregan la imagen de la energa (A2s) que soporta el interruptor en funcin de la corriente de cortocircuito presumible.Permiten comprobar el comportamiento de los cables protegidos por el aparato ante los esfuerzo trmicos. Ref: GDP pg.224.

Ref: GDP pg. 259

Zona

Trm

ica

Zona

Mag

ntic

a

Curva ET cable




I


Los esfuerzos electrodinmicos que se ejercen entre conductores, y ms concretamente en los juego de barras, se deben a la interaccin de los campos magnticos producidos por el paso de la corriente.Dichos esfuerzos son proporcionales al cuadrado de la intensidad peak de la corriente (Ipk), que se puede expresar en A o en kA.


Representacin esquemtica en un punto del espacio (ley de Biot y Savart)

Ref: GDP pg. 363



I


Para determinar la distancia de separacin entre soportes en losjuegos de barra, entregamos las tablas ya calculadas de separacin de los soportes:

D (mm)


Ref: GDP pg. 366



I


Ref: GDP pg. 379

El dimensionamiento de los juegos de barrasLa Reparticin:

La comprobacin de la Ipk no es necesaria si el repartidor est protegido por un aparato de la misma intensidad nominal. Se debe realizar si el aparato situado antes es de un calibre superior a la intensidad del repartidor.

Los repartidores Legrandestn diseados para presentar una resistencia al esfuerzo trmico al menos tan elevada como la del conductor de la seccin correspondiente a la corriente nominal, de modo que generalmente no se necesita ninguna otra comprobacin.

000_Inicio.pdfIntroduccin

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