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Cálculo del corto circuito Andrés Fragoso - [email protected] 1. 2. 3. 4. 5.

Objetivo Consideraciones teóricas Procedimiento Cuestionario Bibliografía

Objetivo Determinar la capacida d interruptiva de los element os de protección de una instalación eléctrica industrial. EQUIPO Y MATERIAL:

Instalación eléctrica del plantel Calculadora Lápiz Papel

onsideraciones C onsideraciones

teóricas

Seguridad del servicio servicio A la hora de diseñar la instalación eléctrica, es recomendable distribuir las cargas en varios "circuitos", ya que ante eventuales fallas (operación de protecciones) se interrumpe solamente el circuito respectivo sin perjudicar la continuidad de servicio en el resto de la instalación. Por ejemplo, en una casa se recomienda instalar al menos tres circuitos, uno exclusivo para iluminación, otro para enchufes y un tercero para enchufes especiales en la cocina y lavadero. Tipos de fallas eléctricas Las fallas, según su naturaleza y gravedad se clasifican en: Sobrecarga: Se produce cuando la magnitud de la tensión ("voltaje") o corriente supera el valor preestablecido como normal (valor nominal). Comúnmente estas sobrecargas se originan por exceso de consumos en la instalación eléctrica. Las sobrecargas producen calentamiento excesivo en los conductores, lo que puede significar las destrucción de su aislamiento, incluso llegando a provocar incendios por inflamación. Cortocircuito: Se originan por la unión fortuita de dos líneas eléctricas sin aislación, entre las que existe una diferencia de potencial eléctrico (fase-neutro, fase-fase). Durante un cortocircuito el valor de la intensidad de corriente se eleva de tal manera, que los conductores eléctricos pueden llegar a fundirse en los puntos de falla, generando excesivo calor, chispas e incluso flamas, con el respectivo riesgo de incendio. Falla de aislamiento: Estas se originan por el envejecimiento de los aislamientos, los cortes de algún conductor, uniones mal aisladas, etc. Estas fallas no siempre originan cortocircuitos, sino en muchas ocasiones se traduce en que superficies metálicas de aparatos eléctricos queden energizadas (con tensiones peligrosas), con el consiguiente peligro de shock eléctrico para los usuarios de aquellos artefactos. Apagón - pérdida total de energía para uso general: hace el equipo eléctrico parar el trabajar. Holgura del voltaje - under-voltage (a corto plazo) transitorio: causa oscilar de luces. Punto de voltaje - punto (a corto plazo) transitorio o pico del IE de la sobretensión: Las causas usan o el daños aguda al equipo electrónico. Under-voltage (brownout) - línea voltajes baja por un período del tiempo extendido: Causa que se recalienta en motores. Sobretensión - voltajes crecientes por un período del tiempo extendido: Bombillas de la causa a fallar. Línea ruido - distorsiones sobrepuestas en la forma de onda de la energía: Causa interferencia electromágnetica. Distorsión istorsión armónica - múltiplos múltiplos de la frecuencia de la energía sobrepuestos en la forma de onda de la energía: Causa exceso de la calefacción en el cableado y se funde. Variación de la frecuencia - desviación de la frecuencia nominal (50 o 60 hertzios): Motores de las causas para aumentar o para disminuir velocidad. velocidad. Elementos de protección Existen varios tipos de protecciones diferentes, por lo que a continuación se explican los dispositivos más importantes utilizados para lograr continuidad en el servicio eléctrico y seguridad para las personas:

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a) Fusibles (protecciones térmicas) Estos dispositivos interrumpen un circuito eléctrico debido a que una sobrecorriente quema un filamento conductor ubicado en el interior, por lo que deben ser reemplazados después de cada actuación para poder reestablecer el circuito. Los fusibles se emplean como protección contra cortocircuitos y sobrecargas. b) Interruptor Termomagnético Termomagnético o Disyuntor Estos interruptores interruptores cuentan con un sistema magnético de respuesta rápida ante sobrecorrientes sobrecorrientes abruptas (cortocircuitos), y una protección térmica basada en un bimetal que desconecta ante sobrecorrientes de ocurrencia más lenta (sobrecargas). Estos disyuntores se emplean para proteger cada circuito de la instalació n, siendo su principal función resguardar a los condu ctores eléctrico s ante sobrecorrientes que pueden producir peligrosas elevaciones de temperatura. c) Interruptor o Protector D Protector Diferencial El interruptor diferencial diferencial es un elemento destinado a la protección de las personas contra los contactos indirectos. Se instala en el tablero eléctrico después del interruptor automático del circuito que se desea proteger, generalmente circuitos circuitos de enchufes, o bien, se le puede instalar después del interruptor automático general de la instalación si es que se desea instalar solo un protector diferencial, si es así se debe cautelar que la capacida nominal (amperes) del disyuntor disyuntor general sea inferior o igual a la del protector diferencial. El interruptor diferencial censa la corriente que circula por la fase y el neutro, que en condiciones normales debiese ser igual. Si ocurre una falla de aislación en algún artefacto eléctrico, es decir, el conductor de fase queda en contacto con alguna parte metálica metálica (conductora), y se origina una descarga a tierra, entonces la corriente que circulará por el neutro será menor a la que circula por la fase. Ante este desequilibrio el interruptor diferencial opera, desconectando el circuito. Estas protecciones se caracterizan por su sensibilidad (corriente de operación), es decir el nivel de corriente de fuga a partir del cual comienzan a operar, comúnmente este valor es de 30 miliamperes (0,03 A). Es muy importante recalcar que estas protecciones deben ser complementadas con un sistemas de puesta a tierra, pues de no ser así, el interruptor diferencial solo percibirá la fuga de corriente en el momento en que el usuario toque la carcaza energizada de algún artefacto, con lo que no se asegura que la persona no reciba una descarga eléctrica. Hay los varios problemas comunes de la energía que las unidades de la UPS UPS se utilizan para co rregir. rregir. Son como sigue (con un ejemplo típico del daño que se pudo causar):

P rocedimiento rocedimiento 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 1)

Realizar el diagrama unifilar del sistema eléctrico del plantel Obtener la capacidad capacidad interruptiva interruptiva del interruptor principal. principal. Determinar las reactancias del transformador, motores, y reactores de líneas alimentadoras. Determinar las impedancias impedancias a una base común de tensión o de potencia. Determinar el punto de falla. Realizar un diagrama de reactancias reactancias o impedancias. impedancias. Calcular la impedan cia total con respecto al punto de falla. Calcular la corriente de corto circuito en el punto de falla. Calcular la potenci a de corto circuito en el punto de falla. Diagrama unificar del sistema eléctrico


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2)

p

i

i pi P= E I =

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C. Interruptiva = 10,300 3)

R i .S Mot Motores ransf ormador ormador Transf

ú l m NEMA Xd M = 20% Xd T T = 6%

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Zeq= 9.7 x 2.75 = 2.41 9.7+2.75

Zeq= 5.5 x 5.5 = 2.75 5.5 +5.5

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7) Im

edancia total

8) Corriente de corto circuito

9) Potencia de corto circuito

Cuestionario 1.- ¿Qué es la ca acidad interru tiva de un un elemento de rotección eléctrica? Se co oc e t mbié como ³ ci I t errupti errupti en Am peres´ Am peres´ (AI ). U n lor lor nomi nal nal e l a c anti anti ad de corr corr i i ent ent e que un d i i spo spositi o pr ot ot ector ctor , como po por ejem ejem plo plo f usibl usibl e o i nt errupto erruptor r de ci r rc c u ito puede i nt errum errum pi pi r r con con segur i i dad dad . 2.- ¿Cuáles son los arámetros de una falla trifásica? E n una i nst nst al ación ción eléct r ric i c a de c.a c.a. t r rifás i fásic a l as as f all as as que pueden oc urr urr i i r l r l as as po podemo demos s cl asific asific ar según ar según orden de im p im po or t tanci a nci a debi debi d d o a su magnit agnit ud ud en: a ) F all as as t r rifás i fásic as as (cor (cor toci toci r rc c uito t r ri i pol p ol ar ar ) b) F all as as bifás bifásic as as (cor (cor toci toci r rc c uito bi pol pol ar ar ) c) F all as as mon monofás ofásic as as (cor (cor toci toci r rc c uito uni uni pol pol ar ar ) Not a: a: Según est est ud ud ios ios, si bi en en generalm generalmen ent t e el cor co r toci toci r rc c uito t r ri i pol p ol ar ar es l a f all a de may or magnit agnit ud ud que puede result result ar ar en una i nst nst al ación ción eléct r ric i c a, en al guno gunos c aso asos par tic tic ul ares ares puede result result ar ar en c ambio ser may or el alor lor durant durant e un cor cor to to mon monofás ofásico. E n conse consec c uenci uenci a pues de lo expresad o, o, se deb deber á t ener ener en c uent uent a si em pre l a peo peor cond cond ición ición o sea el cor cor toci toci r rc c uito de may or magnit agnit ud para ud para l a el ección cción de pr ot ot ecciones cciones,, condu conducto ctores res o bi en en para ef ect uar uar l as as er ific ific aciones ciones téc nic as as corresp correspo ond i i ent ent es. es. 3.- Describe el método adecuado ara el cálculo de la corriente de corto circuito de una instalación eléctrica industrial. realiz and and o sim p im pl l ement ent e el coci ent ent e ent ent re re l a E n apar i i enci enci a su cálc ulo parec parec e sencillo sen cillo pues se resol resol ería realiz t ensió ensión n ex i is t ent ent e en d icho icho punto punto y l a im pedan im pedanci ci a i nt erpuest erpues t a en el momen momento to de pr oduci duci rse rse l a f all a (cor (cor toci toci r rc c uito). S i bi en en ést a es l a i dea, dea, no es t an an sencillo sencillo como parec parec e su resol resol ución ción pues, pues, que alor lor de i nt ensi ensi dad dad t endríamo endríamos s si l a im pedan im pedanci ci a i nt erpuest erpues t a f uese uese de alor lor nulo nulo para c ualq ualqu ui er er alor lor de t ensió ensión; n; ev i i dent dent ement ent e ést a t endería endería a un valo valor r i nfi nit ament ent e grande, grande , c uestió ues tión n ést a que en l a pr áctic áctic a no po podría ser , pues ex i i st en en limit aciones ciones téc nic as as im pues im puest t as as no sólo po por el generad l generad or de energía eléct r ric i c a per t teneci e neci ent ent e a l a em presa de sumi sumi ni st r ro eléct r rico i co si no t ambién mbién po por ot r ro s el emento entos s ex i i st ent ent es es en l a red como ser: t ransfo ransfor r mad ores y c abl es es que se enc enc uent uent ran ran ant ant epuesto epues tos s al pun l punto to en cons consi i deració deración n y que deb deber án t enerse enerse en c uent uent a en el momen mom ento to de su det det er er mi mi nació nación n.


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E n sínt sínt esi esi s, para po poder c alc ul ar ar l a i nt ensi ensi dad dad de cor cor toci toci r rc c uito en un punto punto c ualq ualqu ui era era de una i nst nst al ación ción eléct r ric i c a se deb deber á con co noc er: er: a ) La L a pot pot enci enci a de cor cor toci toci r rc c uito c apaz apaz de de sumi sumi ni st rar rar l a em presa sumi sumi ni st rad rad ora de energía eléct r ric i c a para el punto punto en c uestió ues tión n ( dato dato és ést e que deb debe ser solicit ad ad o y ap y apo or t tad a d o po por l a em presa de energía eléct r ric i c a ) b) Datos tos téc nicos icos del del t ransfo ransfor r mad or ( pot pot enci enci a, t ensio ensiones nes pr imar imar i i a y sec sec undar undar i i a, como así l a t ensió ensión n de cor cor toci toci r rc c uito del del mi smo) al que que se hall e cone conect ct ad ad o c) Datos tos de los los c abl es es o l íneas íneas aéreas (como ser: mat er er i i al condu conducto ctor r con con que se enc enc uent uent ran ran cos cost ruíd ruíd os, seccio secciones nes,, long long it it udes udes ) ex i i st ent ent es es ent ent re re el t ransfo ransfor r mad or y l y l a acome com eti da da pr pr i i nci pal pal a a cons consi i derar derar B ibliografía ibliografía

www.uegauree2.org/fileadmin/uploads/media/instalaciones_electricas_eficientes.pdf www.eclipse.cl/ei/instalaciones.htm

Autor: Andrés Fragoso [email protected]


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