USO DE INTERRUPTORES AUTOMATICOS CON LIMITADOR DE CORRIENTE DE CORTOCIRCUITO

UTILIZACION DE INTERRUPTORES AUTOMATICOS CON
LIMITADOR DE CORRIENTE DE CORTOCIRCUITO





CONCEPTOS SOBRE ENERGIA ESPECÍFICA PASANTE Y ENERGIA TERMICA ESPECÍFICA ADMISIBLE DE LOS CABLES

Definimos como energía térmica específica admisible en un en conductor de resistencia igual a un ohm. A2s a la energía disipada durante un cortocircuito, que es capaz de soportar, sin hacer variar sus cualidades mecánicas y de aislacion.
La energía térmica específica capaz de disipar un conductor depende de los materiales que componen su fabricación, es decir del aislamiento, del material conductor propiamente dicho (cobre o aluminio) y de la sección.
La expresión matemática de la energía específica admisible en los conductores es
Energía especifica admisible = K2 x S2
donde
K = constante del cable
S = sección del conductor en mm2
Donde K tiene un valor de 115 para conductores de cobre, aislados con PVC y secciones menores o iguales a 300mm2, cuando las secciones superan los 300mm2 con el mismo material aislante y conductor, el valor de K es de 103
Para conductores aislados con polietileno reticulado, nomenclados con la sigla (XLPE), y conductor de cobre el valor de K es de 135
Para aluminio aislado con PVC y secciones iguales o menores a 300 mm2 el valor de K es igual a 73,6, y para aluminio con secciones iguales o menores a 300 mm2 con aislación XLPE el valor de K es de 86,7
Cuando los tiempos de apertura de un interruptor son menores a los 100ms se puede considerar que el proceso tiene características de adiabáticos, es decir sin intercambio de calor con el exterior de la masa del cable, y en ese caso se puede aplicar el método de la energía especifica pasante para la determinación de las secciones mínimas necesarias para soportar las solicitaciones térmicas durante el cortocircuito.
En general los interruptores automáticos modernos que responden a la norma IEC 60898 y 60947-2 tienen tiempo de actuación del orden de los 20 ms para los pequeños y de 6ª a 10 ms para los de caja moldeada.
Así también según el diseño pueden tener la capacidad de limitar la corriente de cortocircuito.
La energía especifica pasante por un interruptor durante el cortocircuito, esta definida por la expresión

Energía pasante =I2x t en A2 x seg
donde
I= corriente de cortocircuito en kA
t= tiempo en segundos

En el caso de los interruptores, este valor es empírico y los fabricantes los brindan mediante curvas de energía pasante en función de la corriente de cortocircuito.
La energía pasante limitada por el interruptor en todos los casos deberá ser menor a la energía térmica admisible del conductor

Por lo que I2 x t < K2 x S2

El ejemplo de cálculo final demostraran las ventajas tecno-económicas que brinda esta metodología de cálculo.

INTERRUPTORES AUTOMATICOS LIMITADORES DE LA CORRIENTE DE CORTOCIRCUITO.
El poder de limitación de un interruptor automático, es la capacidad de limitar la corriente de cortocircuito a un valor inferior a la corriente de cortocircuito presunta.
Es una característica empírica del interruptor y solo depende de propiedades constructivas
Los fabricantes dan curvas de limitación de corriente de cortocircuito en función de la corriente presunta, es decir de la corriente que circularía con un interruptor automático que no contase con esta cualidad.
Las ventajas que ofrecen estos interruptores, son las de disminuir los efectos térmicos en cables y electrodinámicos en las barras de tableros eléctricos, disminuyendo también los efectos electromagnéticos sobre artefactos existentes en las proximidades de la instalación.
Otra ventaja muy importante de utilizar estos interruptores es que al reducir el nivel de cortocircuito aguas abajo, por lo que nos permite seleccionar para los circuitos y alimentadores que de él se derivan, interruptores de menor capacidad de corte, que en el caso de haber utilizado interruptores sin limitación de corriente de cortocircuito aguas arriba.
Con el conocimiento explicativo desarrollado hasta el momento, podemos dimensionar cables y protecciones con mayor precisión en condiciones económicas más favorables, como veremos en el ejemplo que a continuación desarrollaremos.


EJEMPLO DE CÁLCULO
Dimensionar los cables y protecciones para la instalación de un motor de75 CV 380V 1500 rpm cos φ=0,85 y rendimiento η= 0,97
La instalación se inicia con un transformador de 1600 kVA con una tensión de cortocircuito de ucc%=4
Para simplificar el cálculo y hacerlo mas objetivo, supondremos que el transformador esta muy cerca del tablero principal y el motor en las proximidades del mismo, haciendo así despreciable la influencia de los cables sobre la corriente de cortocircuito.
El cable a utilizar será norma IRAM 2178 ( Sintenax) , tetrapolar de cobre, aislado con PVC, instalado en bandeja perforada, y con temperatura promedio ambiente de 40grados, por lo que
No es necesario efectuar correcciones por diferencias de temperatura ambiente ni por la forma de montaje.


Desarrollo del cálculo:


I=75x1000x0,736 /1,73/380/0,85/0,97=102A
De acuerdo a las tablas de Prysmian para Sintenax Valio de cobre tetrapolar, instalado en bandeja perforada (método E), un cable de35 mm2 admite térmicamente una corriente de 110A

Por otro lado la corriente presunta de cortocircuito en bornes del transformador será
Icc=(100/4)x 1600/1,73/380=60,8 KA

Y dado la cercanía entre el transformador y el tablero consideramos que la corriente de cortocircuito es la misma, y con ella debemos dimensionar el interruptor.
Del catalogo de Merlin Gerin seleccionamos interruptor NS 100H de 100 A 70 kA que cuenta con limitador de corriente de cortocircuito.
Entrando a las curvas de limitación de corriente con 70 KA en el eje de KA eff para la curva del interruptor NS100H obtendremos un valor de corriente limitada de 20 kA
Entrando en la curva de limitación de energía pasante con el valor de 20 kA en el eje de KAeff para el mismo interruptor obtendremos una energía pasante de 0,45 x106
La energia especifica pasante para este cable

Ee adm= 1152x352= 16,2x10-6

Por lo que el cable tiene una capacidad muy superior a la energia especifica pasante que permite el interruptor
Si la llave no tendría limitador de corriente de cortocircuito con un tiempo de apertura de 8 milisegundos la energia generada seria

Volviendo a la expresión :

E=I2 x t=S2 x K2
E = 0.008 x 608002 =29,6 x 106 A2seg

Como A2seg< k2xS2

La sección mínima al cortocircuito seria

S= √E/K = √29600000/115=47 mm2

Es decir que si empleamos interruptor sin limitador de corriente, en este caso deberíamos aumentar la sección de los 35 mm2 planteados a 50mm2
Por lo que este ejemplo evidencia el ahorro en sección que se obtiene como resultado de haber utilizado un interruptor con limitador de corriente de cortocircuito
Por otra parte todas las llaves aguas debajo de nuestro interruptor NS100 H y que estén sobre el mismo tablero podrían ser de capacidad de corriente de cortocircuito de 20KA en vez de los 70 KA que corresponden a la corriente de cortocircuito presunta en ese punto de la instalación.


JORGE ZYLBERSZTAJN
INGENIERO ELECTRICISTA