EL CÁLCULO DE LA INTENSIDAD DE CORTOCIRCUITO Y LOS CAMBIOS DE REGLAMENTACIÓN

EL CÁLCULO DE LA INTENSIDAD DE CORTOCIRCUITO Y LOS CAMBIOS DE REGLAMENTACIÓN

La promulgación del Real Decreto 3275/1982, de 12 de noviembre, por el que se aprobó el Reglamento sobre condiciones técnicas y garantías de seguridad en centrales eléctricas, subestaciones y centros de transformación, introdujo en nuestra reglamentación la novedad de que las compañías eléctricas proporcionaran a sus clientes la intensidad de cortocircuito (o la potencia de cortocircuito) en el punto de entronque con su red de alta tensión. En la instrucción técnica MIE-RAT 19.4 especifica que las compañías eléctricas tienen que entregar, entre otros, los siguientes datos: intensidad de cortocircuito trifásica y a tierra, tiempos máximos de desconexión en caso de defectos. Esto no se generalizó y muchas compañías proporcionaron, durante muchos años, unos valores tipo, lo que obligó a los proyectistas a utilizar, en muchos casos, y por defecto ante la falta de datos, el valor de 500 MVA expresado en la norma UNE 20099. Se trata de una potencia de cortocircuito máxima definida en dicha norma, más bien, como un referente tope para el diseño de las celdas frente a los posibles efectos electrodinámicos y térmicos que se puedan producir, que como dato de cálculo real para todas las instalaciones.

Sin embargo la publicación del Real Decreto 842/2002, de 2 de agosto, por el que se aprueba el Reglamento Electrotécnico para Baja Tensión, ha establecido, en su artículo 15, que: “Las compañías suministradoras facilitarán los valores máximos previsibles de las potencias o corrientes de cortocircuito de sus redes de distribución, con el fin de que el proyectista tenga en cuenta este dato en sus cálculos”, generalizando el cálculo de cortocircuito en todos los suministros, o por lo menos en los que se hace proyecto; lo que va a suponer que se puedan dimensionar unas protecciones que hasta entonces se colocaban con una capacidad de corte se supone que “suficiente”, pero que no estaba calculada y a veces quedaba cubierta, a duras penas, por la capacidad de corte de los fusibles de cabecera de las centralizaciones de contadores de las compañías suministradoras.

Otro tema, que no ha quedado previsto en el actual Reglamento Electrotécnico para Baja Tensión, son las consecuencias de un cambio en la red de la compañía eléctrica y por ende de la potencia de cortocircuito de los usuarios existentes. Que en puridad técnica deberían adaptar sus equipos a los nuevos valores, sin que tampoco quede claro a quien le corresponde abonar dichos gastos. Esta situación puede obligar a sustituir los interruptores existentes, previstos para un poder de corte máximo determinado, por otros con una capacidad de apertura, en caso de cortocircuito, mayor. Es mas si nadie avisa de que se han producido modificaciones, se puede mantener una situación de peligro latente durante largos períodos de tiempo, sin que los usuarios sepan lo que esta ocurriendo, el problema se producirá si sobreviene un cortocircuito y el interruptor no es capar de despejarlo, mientras tanto no hay señal alguna de alarma. El Real Decreto 223/2008, de 15 de febrero, por el que se aprueba el Reglamento sobre condiciones técnicas y garantías de seguridad en líneas eléctricas de alta tensión y sus instrucciones técnicas complementarias ITC-LAT 01 a 09 deja el tema mucho mas claro. Establece en su artículo 5 que el propietario de la instalación afectada pague las modificaciones y repita dichos costes contra el que realice la modificación de la misma y lo denomina “causante último de la modificación”, esto es una novedad normativa en España, pues hasta ahora no se había contemplado reglamentariamente en el sector eléctrico. En el caso de que se generalice para todas las tensiones, puede suponer una novedad muy importante.

Estos cambios normativos han llevado a que se generalice el cálculo del cortocircuito con valores reales, que ya responden a la configuración de la red de distribución en cada caso concreto.

Por ello se escribe este pequeño ensayo, con objeto de proporcionar una ayuda a los profesionales que realicen los precitados cálculos. Hay dos sistemas fundamentales para efectuar los cálculos comentados, el sistema de impedancias y el sistema denominado “por unidad”. Se desarrollarán ambos y cada proyectista que escoja el que le resulte más sencillo.

CÁLCULO POR EL SISTEMA DE IMPEDANCIAS

Leyenda:

Scc= potencia de cortocircuito primaria (MVA)

U1= tensión primaria (kV)

Sn= potencia nominal del transformador (kVA)

Ecc= tensión de cortocircuito (%)

ERcc= tensión resistiva de cortocircuito (%)

EXcc= tensión inductiva de cortocircuito (%)

U2= tensión secundaria (V)

Rc= resistencia del cable (Ω/km)

Xc= reactancia del cable (Ω/km)

L= longitud del cable (km)

Pcu= pérdidas del transformador en carga

Figura 1. Esquema del circuito.

Partimos de la potencia de cortocircuito Scc (dato proporcionado por la compañía eléctrica en MVA) en el primario en media tensión. Este dato hay que pasarlo al secundario del transformador, para ello se aplica:

(1)

Este resultado nos da el aporte primario de la potencia de cortocircuito reducido al secundario en Ω.

Otro valor que hay que reducir al secundario es la impedancia de cortocircuito del transformador, que usualmente se nos proporciona en forma de porcentaje. Las tablas incluidas en el anexo V, proporcionan los valores normales de dicha tensión para transformadores de distribución en baño de aceite y secos con el secundario a 230/400 V y la tensión primaria que se indica. Para otros valores, aislamientos, potencias, tensiones o similares es necesario consultar los catálogos de los fabricantes y aplicar el procedimiento indicado en dicho anexo.

El aporte resistivo del transformador se calcula:

(2)

Y el aporte inductivo:

(3)

Ambos expresados en Ω. Con estos datos ya podemos calcular el valor y los parámetros del cortocircuito en el punto A, aplicando:

en Ω. (4)

en amperios (valor simétrico). (5)

cosφ del cortocircuito en el punto A. (6)

Si queremos calcular el cortocircuito en el punto B de la figura 1, partimos de los datos que ya tenemos y añadimos a mayores la resistencia y reactancia del cable y volvemos a calcular la impedancia hasta el punto B de la siguiente forma:

(7)

(8)

(9)

en amperios (valor simétrico). (10)

cosφ del cortocircuito en el punto B. (11)

El valor del cortocircuito mínimo se puede calcular por la fórmula definida en la norma VDE 0102 y el coeficiente de la VDE 0118:

(12)

El factor 0,8 se introduce para compensar las impedancias anteriores a Scc y otros elementos no considerados. Recordemos que en este caso estamos buscando un valor mínimo. La guía del Reglamento Electrotécnico para baja tensión, también propone este método. La tensión que se debe de utilizar es la tensión simple monofásica.

Para obtener el valor del cortocircuito mínimo, se ha utilizado la fórmula propuesta por las normas VDE 0102 y 0118 en lugar de la incluida en la Guía Técnica del Reglamento Electrotécnico para Baja Tensión

(s/VDE 0102 y 0118)

(s/Guía Técnica del REBT, documento nº 22) (13)

La fórmula propuesta por la norma VDE contempla un caso más desfavorable, cuando se busca el valor de cortocircuito mínimo, lo que se pretende es el más bajo posible y eso lo tienen mucho mejor resuelto las normas VDE, pues consideran el cortocircuito mínimo monofásico entre conductores. Con lo que se tiene que multiplicar por 2 el valor de la impedancia del circuito, al igual que se hace para calcular una caída de tensión monofásica.

En el caso de que existan motores de más de 50 CV conectados al mismo transformador, hay que considerar la aportación que realizan al cortocircuito de la siguiente forma (hasta 50 CV se considera despreciable, excepto en el caso de baterías de motores pequeños y que su potencia total sea igual o superior a la indicada). También hay que tener en cuenta las baterías de condensadores.

CÁLCULO POR EL SISTEMA DE VALORES UNITARIOS

Este método, también denominado Método de valores unitarios, consiste en calcular las impedancias del circuito, tal como lo hace el método de impedancias.

La diferencia fundamental es cómo se resuelve el circuito, que será de forma adimensional, es decir, las magnitudes eléctricas (tensiones, impedancias, potencias, etc.) no tendrán unidades. Esto se consigue por medio de unos valores, denominados valores base. Para obtener una magnitud adimensional, o en valor por unidad, se divide el valor real de la magnitud por el valor base correspondiente, estando numerador y denominador con las misma escala y unidades.

Una vez resulto el circuito con valores adimensionales, para saber una magnitud en valor real, sólo será necesario multiplicar el valor unitario que tenga por el valor base correspondiente.

La mejor forma para entender el presente método es realizando un ejemplo. Por ello, realizaremos el mismo ejercicio que el desarrollado en el método de impedancias (Anexo I), y así se podrá

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