Cómo calcular la corriente de cortocircuito
¿Cómo calcular la corriente de cortocircuito?
Definición de corriente de cortocircuito
La corriente de cortocircuito se define como la gran corriente que fluye a través de un sistema eléctrico cuando ocurre una falla, causando un potencial daño a los componentes del interruptor de circuito.
Cuando ocurre una falla de cortocircuito, una gran corriente fluye a través del sistema, incluyendo el interruptor de circuito (IC). Este flujo, a menos que sea detenido por el disparo del IC, somete las partes del IC a importantes tensiones mecánicas y térmicas.
Si las partes conductoras del IC carecen de suficiente área transversal, pueden sobrecalentarse, lo que puede dañar el aislamiento.Los contactos del IC también se calientan. La tensión térmica en los contactos es proporcional a I2Rt, donde R es la resistencia de contacto, I es el valor eficaz de la corriente de cortocircuito, y t es la duración del flujo de corriente.
Después de iniciar la falla, la corriente de cortocircuito permanece hasta que la unidad de interrupción del IC, interrumpe. Por lo tanto, el tiempo t es el tiempo de interrupción del interruptor de circuito. Como este tiempo es muy corto en escala de milisegundos, se asume que todo el calor producido durante la falla es absorbido por el conductor, ya que no hay suficiente tiempo para la convección y radiación del calor.
El aumento de temperatura puede determinarse mediante la siguiente fórmula,
Donde, T es el aumento de temperatura por segundo en grados centígrados.I es la corriente (eficaz simétrica) en amperios.A es el área transversal del conductor.ε es el coeficiente de temperatura de la resistividad del conductor a 20 oC.
El aluminio pierde su fuerza por encima de 160°C, por lo que es crucial mantener el aumento de temperatura por debajo de este límite. Este requisito establece el aumento de temperatura permitido durante un cortocircuito, que puede ser manejado controlando el tiempo de interrupción del IC y diseñando adecuadamente las dimensiones del conductor.
Fuerza de cortocircuito
La fuerza electromagnética desarrollada entre dos conductores paralelos que llevan corriente eléctrica, está 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.
Se ha demostrado experimentalmente que, la fuerza electromagnética de cortocircuito 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 ciertas circunstancias, es posible que se desarrollen fuerzas mayores, como, por ejemplo, en el caso de barras muy rígidas o debido a la resonancia en el caso de barras susceptibles a vibraciones mecánicas. Los experimentos también han demostrado que las reacciones producidas en una estructura no resonante por una corriente alterna en el instante de aplicación o eliminación de las fuerzas pueden superar las reacciones experimentadas mientras fluye la corriente.
Por lo tanto, es aconsejable actuar con seguridad y tener en cuenta todas las contingencias, para lo cual se debe considerar la máxima fuerza que podría desarrollarse por el valor pico inicial de la corriente de cortocircuito asimétrica. Esta fuerza puede tomarse como teniendo un valor que es el doble de lo calculado con 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 donde la longitud total de cada conductor se asume como 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 que lleva corriente es considerablemente diferente a su parte media.
Por lo tanto, si usamos la fórmula anterior para un conductor corto, la fuerza calculada sería mucho mayor que la real.Se observa que, este error puede eliminarse considerablemente si usamos el término. Es en lugar de L/S en la fórmula anterior.
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 son solo aplicables para conductores de sección transversal circular. Pero para conductores de sección transversal rectangular, la fórmula necesita un factor de corrección. Digamos que este factor es K. Por lo tanto, la fórmula anterior finalmente se convierte en.
Aunque el efecto de la forma de la sección transversal del conductor disminuye rápidamente si aumenta el espacio entre el conductor, el valor de K es máximo para conductores tipo tira cuyo grosor es bastante menor que su ancho. K es insignificante cuando la forma de la sección transversal del conductor es perfectamente cuadrada. K es unidad para un conductor de sección transversal perfectamente circular. Esto es cierto tanto para el interruptor de circuito estándar como para el de control remoto.
