Calculadora de corriente de falla en sistemas de media tensión – IEEE, IEC

La corriente de falla en sistemas de media tensión es un parámetro crítico para la seguridad eléctrica industrial. Su cálculo preciso permite dimensionar protecciones, seleccionar equipos y garantizar la continuidad operativa.

El cálculo de corriente de falla, según IEEE e IEC, implica fórmulas, tablas y normativas específicas. Aquí encontrarás métodos, ejemplos, tablas y una calculadora inteligente para tus proyectos.

Calculadora con inteligencia artificial (IA) – Calculadora de corriente de falla en sistemas de media tensión – IEEE, IEC

• Calcular la corriente de falla trifásica en un sistema de 13.8 kV, 10 MVA, Z=5%.
• Determinar la corriente de cortocircuito monofásico en un transformador de 15 kV, 8 MVA, Z=6%.
• Obtener la corriente de falla a tierra en un sistema de 20 kV, 12.5 MVA, Z=7%.
• Calcular la corriente de cortocircuito en barras de 34.5 kV, 25 MVA, Z=4.5%.

Tablas de valores comunes para la Calculadora de corriente de falla en sistemas de media tensión – IEEE, IEC

Las tablas anteriores muestran valores típicos de corriente de falla en sistemas de media tensión, considerando diferentes tensiones, potencias y porcentajes de impedancia. Estos valores son útiles como referencia rápida para ingenieros eléctricos y diseñadores de sistemas de protección.

Fórmulas para la Calculadora de corriente de falla en sistemas de media tensión – IEEE, IEC

El cálculo de la corriente de falla en sistemas de media tensión se basa en fórmulas normalizadas por IEEE (C37.010) e IEC (60909). A continuación, se presentan las fórmulas principales y la explicación detallada de cada variable involucrada.

Fórmula general para corriente de falla trifásica

• I_cc3: Corriente de cortocircuito trifásico (A o kA)
• S_base: Potencia base del sistema (VA o MVA)
• V_LL: Tensión de línea a línea (V o kV)
• Z_pu: Impedancia total en por unidad (pu) o porcentaje (%)

Para sistemas en porcentaje de impedancia, la fórmula se adapta:

• I_base: Corriente base del sistema (A o kA), calculada como S_base / (√3 × V_LL)
• Z_%: Impedancia total en porcentaje (%)

Fórmula para corriente de falla monofásica

• I_cc1: Corriente de cortocircuito monofásico (A o kA)
• Z₁: Impedancia de secuencia positiva (Ω)
• Z₀: Impedancia de secuencia cero (Ω)
• Z_f: Impedancia de falla (Ω), normalmente despreciable

Fórmula para corriente de falla a tierra

• I_ccg: Corriente de cortocircuito a tierra (A o kA)
• V_LN: Tensión de línea a neutro (V o kV)
• Z₂: Impedancia de secuencia negativa (Ω)

Valores típicos de impedancias:

• Z₁ y Z₂: Generalmente iguales, dependen del transformador y la red (0.1 a 0.2 Ω en media tensión)
• Z₀: Mayor que Z₁, depende del tipo de neutro y configuración de tierra (0.2 a 0.5 Ω)
• Z_f: Suele ser despreciable en cortocircuitos francos

Conversión de impedancias a base común

• Z_pu,new: Impedancia en pu en la nueva base
• Z_pu,old: Impedancia en pu en la base original
• S_base,new: Nueva potencia base (MVA)
• S_base,old: Potencia base original (MVA)
• V_base,new: Nueva tensión base (kV)
• V_base,old: Tensión base original (kV)

Estas fórmulas permiten calcular la corriente de falla en cualquier punto del sistema, considerando la topología y los parámetros reales de la red.

Ejemplos del mundo real: Calculadora de corriente de falla en sistemas de media tensión – IEEE, IEC

Ejemplo 1: Cálculo de corriente de falla trifásica en un sistema de 13.8 kV, 10 MVA, Z=5%

• Datos:
  • Tensión: 13.8 kV
  • Potencia base: 10 MVA
  • Impedancia total: 5%
• Paso 1: Calcular la corriente base
  • I_base = S_base / (√3 × V_LL)
  • I_base = 10,000,000 / (√3 × 13,800) = 418.3 A
• Paso 2: Calcular la corriente de falla trifásica
  • I_cc3 = I_base × (100 / Z_%)
  • I_cc3 = 418.3 × (100 / 5) = 8,366 A = 8.37 kA
• Resultado: La corriente de falla trifásica es de 8.37 kA.

Ejemplo 2: Cálculo de corriente de falla monofásica en un transformador de 15 kV, 8 MVA, Z=6%

• Datos:
  • Tensión: 15 kV
  • Potencia base: 8 MVA
  • Impedancia total: 6%
  • Impedancia de secuencia positiva y negativa: 0.15 Ω
  • Impedancia de secuencia cero: 0.35 Ω
• Paso 1: Calcular la corriente base
  • I_base = 8,000,000 / (√3 × 15,000) = 307.7 A
• Paso 2: Calcular la corriente de falla monofásica
  • I_cc1 = V_LL / [√3 × (Z₁ + Z₀)]
  • I_cc1 = 15,000 / [√3 × (0.15 + 0.35)] = 15,000 / [1.732 × 0.5] = 15,000 / 0.866 = 17,320 A = 17.32 kA
• Resultado: La corriente de falla monofásica es de 17.32 kA.

Estos ejemplos ilustran la aplicación práctica de las fórmulas y tablas presentadas, permitiendo dimensionar protecciones y equipos conforme a las normativas internacionales.

Normativas y referencias técnicas

• IEEE C37.010-1999 – Application Guide for AC High-Voltage Circuit Breakers Rated on a Symmetrical Current Basis
• IEC 60909-0:2016 – Short-circuit currents in three-phase a.c. systems
• Eaton – Short Circuit Calculation

El cálculo de corriente de falla en sistemas de media tensión es esencial para la seguridad, confiabilidad y cumplimiento normativo en instalaciones eléctricas industriales y de servicios.

Consideraciones adicionales para el cálculo de corriente de falla en media tensión

• La topología de la red (radial, mallada) afecta la impedancia total y, por ende, la corriente de falla.
• La contribución de generadores, motores y líneas debe sumarse para obtener la corriente total de falla.
• El tipo de neutro (aislado, aterrizado, impedante) modifica la corriente de falla a tierra.
• Las protecciones deben seleccionarse considerando la máxima y mínima corriente de falla esperada.
• El software especializado (ETAP, DIgSILENT, SKM) facilita el modelado y cálculo en sistemas complejos.

La correcta aplicación de las fórmulas y tablas, junto con el uso de herramientas inteligentes, garantiza la seguridad y eficiencia en el diseño de sistemas eléctricos de media tensión.

Para profundizar en el tema, se recomienda consultar las normativas IEEE C37.010 e IEC 60909, así como literatura técnica especializada y software de análisis de sistemas eléctricos.