Calculadora de cortocircuito en generadores con y sin excitatriz – IEEE, IEC, NTC 2050

La seguridad y confiabilidad de los sistemas eléctricos dependen del cálculo preciso de corrientes de cortocircuito en generadores. Este proceso es esencial para la protección, dimensionamiento y cumplimiento normativo en instalaciones industriales y de generación.

El cálculo de cortocircuito en generadores, con o sin excitatriz, según IEEE, IEC y NTC 2050, permite determinar la capacidad de interrupción y la selectividad de protecciones. Aquí encontrarás fórmulas, tablas, ejemplos y una calculadora IA avanzada.

Calculadora con inteligencia artificial (IA) – Calculadora de cortocircuito en generadores con y sin excitatriz – IEEE, IEC, NTC 2050

• Calcular la corriente de cortocircuito trifásico para un generador de 2 MVA, 480 V, X»d=0.15 p.u.
• Determinar la corriente de cortocircuito inicial en un generador sin excitatriz de 1.5 MVA, 400 V, X»d=0.2 p.u.
• Comparar la corriente de cortocircuito simétrica y asimétrica en un generador de 3 MVA, 690 V, X»d=0.12 p.u.
• Obtener la corriente de cortocircuito para un generador con excitatriz, 5 MVA, 13.8 kV, X»d=0.18 p.u.

Tablas de valores comunes para la calculadora de cortocircuito en generadores con y sin excitatriz – IEEE, IEC, NTC 2050

La tabla anterior muestra valores típicos de generadores industriales, considerando diferentes potencias, tensiones y reactancias subtransitorias. Estos valores son útiles para estimaciones rápidas y para comparar resultados de la calculadora.

Fórmulas para el cálculo de cortocircuito en generadores con y sin excitatriz – IEEE, IEC, NTC 2050

El cálculo de la corriente de cortocircuito en generadores se basa en la reactancia subtransitoria, la potencia nominal y la tensión del generador. Las fórmulas varían ligeramente según la norma, pero los principios son universales.

Fórmula general para corriente de cortocircuito trifásico inicial (simétrica):

• I_cc: Corriente de cortocircuito inicial (A o kA)
• S_G: Potencia aparente nominal del generador (VA o kVA o MVA)
• V_G: Tensión nominal del generador (V)
• X»_d: Reactancia subtransitoria directa (p.u.)

Valores típicos de X»_d para generadores industriales:

• Generadores pequeños: 0.15 – 0.25 p.u.
• Generadores medianos: 0.12 – 0.18 p.u.
• Generadores grandes: 0.08 – 0.15 p.u.

Fórmula para corriente de cortocircuito asimétrica (considerando componente DC):

• I_cc,asym: Corriente de cortocircuito asimétrica (A o kA)
• I_cc: Corriente de cortocircuito simétrica (A o kA)
• k_f: Factor de asimetría (típicamente 0.2 – 0.3 para generadores, según IEC 60909)

El factor de asimetría depende del tiempo de apertura del interruptor y la constante de tiempo del generador.

Fórmula para corriente de cortocircuito en generadores con excitatriz (IEEE 242):

• E_G: Tensión interna del generador (aproximadamente igual a V_G en condiciones normales)
• El resto de variables como antes.

Fórmula para corriente de cortocircuito en generadores sin excitatriz (IEC 60909):

En la práctica, la diferencia principal radica en la capacidad de la excitatriz para mantener la corriente durante el evento de cortocircuito.

Fórmula para corriente de cortocircuito máxima (NTC 2050):

• k: Factor de incremento por contribución de otros generadores o red (típicamente 1.05 – 1.10)

Ejemplos del mundo real: cálculo de cortocircuito en generadores

Ejemplo 1: Generador de 2 MVA, 480 V, X»d=0.15 p.u., sin excitatriz

• Datos:
  • Potencia nominal S_G = 2,000,000 VA
  • Tensión nominal V_G = 480 V
  • Reactancia subtransitoria X»_d = 0.15 p.u.
  • Generador sin excitatriz
• Cálculo:
  • Corriente de cortocircuito inicial:
    
    I_cc = 2,000,000 / (√3 × 480 × 0.15) = 2,000,000 / (831.6 × 0.15) = 2,000,000 / 124.74 = 16,036 A (16.04 kA)
  • Corriente de cortocircuito asimétrica (k_f = 0.25):
    
    I_cc,asym = 16,036 × (1 + 0.25) = 20,045 A (20.05 kA)
• Interpretación:
  • La protección debe ser seleccionada para soportar al menos 20 kA en el primer ciclo.
  • La corriente disminuirá rápidamente después de los primeros ciclos debido a la caída de la excitación.

Ejemplo 2: Generador de 5 MVA, 13.8 kV, X»d=0.18 p.u., con excitatriz

• Datos:
  • Potencia nominal S_G = 5,000,000 VA
  • Tensión nominal V_G = 13,800 V
  • Reactancia subtransitoria X»_d = 0.18 p.u.
  • Generador con excitatriz
• Cálculo:
  • Corriente de cortocircuito inicial:
    
    I_cc = 5,000,000 / (√3 × 13,800 × 0.18) = 5,000,000 / (23,893 × 0.18) = 5,000,000 / 4,300.74 = 1,162 A (1.16 kA)
  • Corriente de cortocircuito asimétrica (k_f = 0.25):
    
    I_cc,asym = 1,162 × (1 + 0.25) = 1,452 A (1.45 kA)
• Interpretación:
  • La excitatriz permite mantener la corriente durante más ciclos, útil para selectividad de protecciones.
  • La corriente de cortocircuito es menor que en generadores de baja tensión, pero la energía es mayor.

Estos ejemplos ilustran la importancia de considerar la reactancia subtransitoria, la presencia de excitatriz y la tensión nominal en el cálculo de cortocircuito. La correcta aplicación de las fórmulas y tablas garantiza la selección adecuada de protecciones y el cumplimiento de las normas internacionales.

Consideraciones normativas y recomendaciones prácticas

• La IEEE y la IEC establecen metodologías y factores de corrección para el cálculo de cortocircuito en generadores.
• La NTC 2050 (Colombia) adopta criterios internacionales y exige la verificación de la capacidad de interrupción de los equipos.
• El uso de software especializado y calculadoras IA, como la presentada, agiliza el proceso y reduce errores.
• Es fundamental actualizar los datos de los generadores y considerar la contribución de la red y otros generadores.
• La selección de protecciones debe considerar la corriente máxima asimétrica y el tiempo de apertura del interruptor.

El cálculo de cortocircuito en generadores es una tarea crítica para la seguridad y confiabilidad de los sistemas eléctricos. Aplicar correctamente las fórmulas, tablas y normativas garantiza instalaciones seguras y conformes a los estándares internacionales.

Para profundizar, consulta las siguientes referencias de autoridad:

• IEEE Std 242-2001 (Buff Book)
• IEC 60909-0:2016
• NTC 2050

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