Cómo calcular la corriente de cortocircuito del disyuntor

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Ultima edición el 16 septiembre, 2021 por JORGE CABRERA BERRÍOS

Cuando hay una falla de cortocircuito en el sistema eléctrico, una enorme corriente de cortocircuito fluye a través del sistema, incluidos los contactos del disyuntor (CB), a menos que la falla se solucione disparando el CB. Cuando la corriente de cortocircuito fluye a través del interruptor automático, las diferentes partes del disyuntor que llevan la corriente están sometidas a grandes esfuerzos mecánicos y térmicos.

Si las partes conductoras del CB no tienen suficiente área de sección transversal, puede haber una posibilidad de un aumento de temperatura peligrosamente alto. Esta alta temperatura puede afectar la calidad del aislamiento del CB.

Los contactos CB también experimentan altas temperaturas. Las tensiones térmicas de los contactos CB son proporcionales a I 2 Rt, donde R es la resistencia de contacto , depende de la presión de contacto y la condición de la superficie de contacto. I es el valor rms de la corriente de cortocircuito yt es la duración durante la cual la corriente de cortocircuito ha pasado a través de los contactos.

Después de iniciar la falla, la corriente de cortocircuito permanece hasta que se rompe la unidad de interrupción de CB. Por tanto, el tiempo t es el tiempo de ruptura del disyuntor . Como este tiempo es muy inferior en una escala de milisegundos, se supone que todo el calor producido durante la falla es absorbido por el conductor, ya que no hay tiempo suficiente para la convención y la radiación de calor.
El aumento de temperatura se puede determinar mediante la siguiente fórmula,

donde, T es el aumento de temperatura por segundo en grados centígrados.
I es la corriente (rms simétrica) en amperios.
A es el área de la sección transversal del conductor.
ε es el coeficiente de temperatura de resistividad del conductor a 20o C.

Como es conocido por nosotros, que el aluminio por encima de 160 o C pierde su resistencia mecánica y se ablanda, se desea limitar el aumento de temperatura por debajo de esta temperatura. Este requisito realmente establece el aumento de temperatura permisible durante un cortocircuito. Este límite se puede lograr controlando el tiempo de ruptura de los interruptores automáticos y el diseño adecuado de la dimensión del conductor.

Fuerza de cortocircuito

La fuerza electromagnética desarrollada entre dos conductores portadores de corriente eléctrica en paralelo , viene dada por la fórmula,

Donde, L es la longitud de ambos conductores en pulgadas.
S es la distancia entre ellos en pulgadas.
I es la corriente transportada por cada uno de los conductores .

Está probado experimentalmente que la fuerza de cortocircuito electromagnético es máxima cuando el valor de la corriente de cortocircuito I es 1,75 veces el valor eficaz inicial de la onda de corriente de cortocircuito simétrica.

Sin embargo, en determinadas circunstancias es posible que se desarrollen fuerzas superiores a estas, como por ejemplo en el caso de barras muy rígidas o debido a la resonancia en el caso de barras sujetas a vibraciones mecánicas. Los experimentos también han demostrado que las reacciones producidas en una estructura no resonante por una corriente alterna en el momento de la aplicación o eliminación de las fuerzas pueden exceder las reacciones experimentadas mientras fluye la corriente.

Por lo tanto, es aconsejable equivocarse por el lado de la seguridad y tener en cuenta todas las contingencias, para lo cual se debe tener en cuenta la fuerza máxima que podría desarrollar el valor pico inicial de la corriente asimétrica de cortocircuito. Se puede considerar que esta fuerza tiene un valor que es el doble del calculado a partir de la fórmula anterior.

La fórmula es estrictamente útil para conductores de sección transversal circular. Aunque L es una longitud finita de las porciones de conductores que corren paralelas entre sí, la fórmula solo es adecuada cuando se supone que la longitud total de cada conductor es infinita.

En casos prácticos, la longitud total del conductor no es infinita. También se tiene en cuenta que la densidad de flujo cerca de los extremos del conductor portador de corriente es considerablemente diferente a la de su parte media.

Por lo tanto, si usamos la fórmula anterior para conductores cortos, la fuerza calculada sería mucho mayor que la real.

Se ve que, este error puede eliminarse considerablemente si usamos el término, en

lugar de L / S en la fórmula anterior.
Entonces, la fórmula se convierte en,

La fórmula, representada por la ecuación (2), da un resultado sin errores cuando la relación L / S es mayor que 20. Cuando 20> L / S> 4, la fórmula (3) es adecuada para un resultado sin errores.
Si L / S <4, la fórmula (2) es adecuada para un resultado sin errores. Las fórmulas anteriores solo son aplicables para conductores de sección transversal circular. Pero para el conductor de sección transversal rectangular, la fórmula debe tener algún factor de corrección. Digamos que este factor es K. Por lo tanto, la fórmula anterior se convierte en última instancia,
aunque el efecto de la forma de la sección transversal del conductor se reduce rápidamente si el espacio entre el conductoraumenta el valor de K es máximo para una tira como conductor cuyo espesor es bastante menor que su ancho. K es insignificante cuando la forma de la sección transversal del conductor es perfectamente cuadrada. K es la unidad para un conductor de sección transversal perfectamente circular. Esto es válido tanto para los interruptores automáticos estándar como para los de control remoto .

JORGE CABRERA BERRÍOS Administrator
Ingeniero Electrónico por la UNI, con maestría y doctorado por la University of Electro-Communications (Japón).

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