El diseño de instalaciones eléctricas y las corrientes de corto circuito.

La Corriente Máxima de Corto Circuito (I”K) es la corriente máxima que circulará en una instalación en caso de falla por cortocircuito. La Capacidad de Ruptura de un Dispositivo de Protección (PdCcc) es la cantidad de corriente que un componente puede interrumpir con seguridad en caso de una falla, y debe ser mayor que I”K. Los componentes de la instalación eléctrica que están protegidos por este Dispositivo de Protección, deben poder soportar sin inconveniente esta corriente (I”K). I”K se aplica a para dimensionar todos los elementos que componen los tableros eléctricos.
La Asociación Electrotécnica Argentina (AEA), en su Reglamentación para la Ejecución de Instalaciones Eléctricas en Inmuebles AEA90364, requiere una protección en los tableros eléctricos para proteger al personal y al equipamiento de los riesgos que surgen en caso de un evento de cortocircuito. Los criterios establecidos por la AEA con este fin son a menudo adecuadamente aplicados en los aparatos eléctricos de protección y los componentes del tableros, pero a menudo se malinterpretan o se aplican incorrectamente.
Esta nota de aplicación reflexiona sobre la necesidad de determinar adecuadamente la Potencia de Corto Circuito) PdCcc, así como describir conceptos básicos para definir una estrategia de dimensionamiento de los elementos de la instalación eléctrica frente a los corto circuitos. Es importante señalar que cada instalación debe considerar sus necesidades y circunstancias específicas al desarrollar esta estrategia para su equipamiento.

La AEA 90364 indica que “los dispositivos de protección estarán previstos para interrumpir toda corriente de corto circuito que pueda producir daños térmicos y/o mecánicos en los conductores, sus conexiones y en el equipamiento de la instalación”. Sostiene que la corriente de corto circuito máxima será establecida en base a lo informado por la compañía de energía en bornes del medidor y la corriente de cortocircuito máxima presunta, será determinada en aquellos puntos de la instalación que se considere conveniente. Todo dispositivo que proteja a la instalación contra corto circuitos, deberá cumplir con las condiciones de “Regla del poder de corte” y “Regla del tiempo de corte”. Establece que en los tableros se deberá indicar la Intensidad de Corriente de Corto Circuito Máxima. Recomienda que los tableros cumplan con la norma IEC 61439 o IEC 62208 según corresponda.
En caso de un evento de cortocircuito, los dispositivos de protección, como termomagnéticas o interruptores compactos, abrirán el circuito. No es suficiente que estos dispositivos cumplan con “Regla del poder de corte”, es decir I”K ≤ PdCcc . Se deben verificar los conductores con la “Regla del tiempo de corte”.
Los otros dispositivos del circuito, contactores, seccionadores, barras de distribución de energía etc., también soportarán la corriente de falla o al menos una parte de ella. La corriente de falla que estos dispositivos experimentan es la cantidad de corriente y la energía que el dispositivo de protección de sobrecorriente "deja pasar" antes de abrir completamente el circuito (comúnmente denominado "corriente o energía de paso") y los aportes que otros elementos de la instalación puedan realizar, por ejemplo grandes motores.
La magnitud de la corriente de paso variará en función del valor de la corriente de defecto, el tipo de dispositivo de protección, de su corriente nominal y otros factores como las características limitadoras y las regulaciones del dispositivo de protección.
Es importante que los componentes no destinados a interrumpir las corrientes de falla estén adecuadamente coordinados con los dispositivos de protección contra sobrecorrientes, de modo que no sufran daños y no generen riesgos para los usuarios, operadores y la instalación .
La selección de estos componentes se realiza mediante parámetros como: Poder de Cierre, Poder de corte, Intensidad asignada de corta duración admisible (Icw). Se aplican típicamente a componentes que no proporcionan protección contra sobrecorrientes o que retardan su actuación para lograr selectividad. Estos parámetros se establecen y certifican mediante pruebas de cortocircuito reales que validan el valor brindado por el fabricante y las condiciones mediante las cuales se alcanza la clasificación.
La capacidad de los dispositivos para interrumpir o soportar cortocircuitos depende de sus propias características y de factores externos (sección y longitud de los conductores, tensión del sistema, tipo de carga, criterios de diseño, etc.). Estos factores externos se deben determinar y aplicar correctamente para lograr un diseño adecuado de la instalación.
Los tableros de potencia deben tener una indicación de la corriente de cortocircuito que soportan. La IEC 61439-1/2 establece el procedimiento para determinar Intensidad asignada de corta duración admisible (Icw) por el tablero eléctrico en su conjunto, es decir considerando todos sus componentes.

¿Cuál es el riesgo?
​Los tableros con un diseño no acorde a la corriente máxima de cortocircuito, cuando estén sujetos a un evento de cortocircuito pueden exponer al personal y al equipo a graves peligros. En un tablero mal diseñado, es probable que los dispositivos dentro del panel sufran y causen daños en su interior, y también es posible que el daño pueda extenderse fuera del tablero y genere riesgos a los usuarios y operadores de la instalación. Una mala determinación de la corriente máxima de corto circuito puede generar los siguientes peligros:

• Choque eléctrico y quemaduras
• Quemaduras asociadas con el arco voltaico (arc flash) y el contacto con superficies calientes
• Lesiones asociadas con proyección esquirlas
• Daños en el equipo o en la instalación
• Arco eléctrico explosivo (ondas de choque, metralla, etc.)
• Metal vaporizado a altas temperaturas

Estrategia de diseño para I”k
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​Puede ocurrir que los requerimientos de las regulaciones para una protección contra eventos de cortocircuito no se aplican correctamente en la instalación de nuevo equipamiento.
Puede haber una diferencia significativa entre la corriente de falla real disponible y el nivel de corriente de falla que interrumpen o soportan los componentes de los tableros de potencia, poniendo en peligro al personal y el equipamiento. Es conveniente revisar los criterios de diseño y entender las situaciones que pueden hacer más difícil el cumplimiento de la normativa.
La gran mayoría de las instalaciones eléctricas en la Argentina no requieren un permiso especial por parte de autoridades específicas. En estas situaciones, la responsabilidad del cumplimiento de lo indicado en las reglamentaciones pertinentes (Reglamentación de la AEA 90364 y la Ley de Seguridad e Higiene en el Trabajo N° 19587) incumbe al propietario o su agente. Es posible que no conozcan los requisitos de la corriente máxima de corto circuito que puede soportar el equipamiento ni el nivel de corriente de falla disponible que está presente donde está instalado el equipo. Como resultado, el equipo se instala a menudo sin verificar que exista una protección adecuada contra un evento de cortocircuito.
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Problemas asociados
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Hay varios aspectos a tener en cuenta para una determinación adecuada de la corriente máxima de corto circuito y el equipamiento para soportarla. Es común que se encuentren las siguientes situaciones:
• Desconocimiento de los requerimientos de las normas pertinentes.
• No se conocen los niveles de corriente de falla.
• Equipamiento existente no soporta la corriente máxima de corto circuito.
• Falta de requerimiento de corriente de corto circuito en las especificaciones.
• Dificultad para verificar la corriente de corto circuito que soportan los componentes los de tableros.
• Incremento de los niveles de corriente de falla disponibles por cambio de equipamiento.
Falta de conocimiento de los requerimientos de las normas pertinentesLos requisitos que los tableros y sus componentes eléctricos deben satisfacer están establecidos en la reglamentación AEA 90364. Sin embargo, muchos pueden no comprender plenamente los requisitos, la terminología, los métodos de evaluación o las implicancias.
Niveles de corriente de falla disponiblesLos estudios de corriente de falla a veces se realizan durante el diseño de las instalaciones de distribución eléctrica (tales como Tableros Generales de Baja Tensión), pero a menudo se ignoran en el equipamiento aguas abajo. El cálculo de la corriente de falla disponible puede ser complejo, lo que puede requerir el soporte de herramientas de cálculo y / o un tercero cualificado para realizar esta tarea, o incluso mediciones de campo.

Falta de requisitos en las especificaciones
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Muchas de las especificaciones suministradas a los fabricantes o instaladores de equipamiento eléctrico carecen de un requisito mínimo de corrientes de corto circuito. Por lo tanto a menudo se proporciona un diseño estándar del equipamiento por defecto de corriente de corto circuito del orden de los 3, 4.5 o 6kA. Muchos fabricantes no están seguros de qué nivel corto circuito deben normalizar, ya que la corriente de falla disponible varía para cada sitio de instalación. Una vez instalado, a menudo es muy difícil y costoso elevar el nivel de corto circuito que el equipamiento puede soportar o interrumpir.
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Dificultad para verificar la I”k que soportan los componentes los tableros eléctricos​
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A menudo, los proyectistas de equipamiento eléctrico tienen cierto grado de dificultad para certificar las corrientes de cortocircuito que pueden soportar o interrumpir los diferentes elementos que utilizan en sus tableros eléctricos. Disponer de certificaciones puede resultar en incrementos de costos de diseño y demoras en el proyecto. Los ingenieros que no tienen acceso a la información completa de la I”k a menudo toman decisiones de diseño que resultan en especificar dispositivos que son más grandes de lo necesario para la aplicación y resultan en mayores costos de materiales y posiblemente en un recinto más grande. Es importante que se apliquen las soluciones de los componentes correctos para lograr satisfacer los requerimientos frente a corto circuitos de una manera eficiente.
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Cambios en el sistema de distribución eléctrica​
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El nivel de corriente de falla está influenciado por una gran cantidad de factores. Los cambios dentro del sistema de distribución eléctrica pueden elevar o reducir los niveles de corriente de falla disponibles aguas abajo. La corriente de falla disponible está sujeta al tipo de conexión a la red en el punto de falla. Algunos cambios que producen beneficios positivos para la eficiencia de la distribución eléctrica o la capacidad de suministro eléctrico pueden aumentar inadvertidamente los niveles de corriente de falla disponibles. Por ejemplo, reemplazar un transformador de potencia aguas arriba con una mayor potencia o mayor eficiencia, producirá un incremento en la corriente de corto circuito disponible. Otro ejemplo podría ser la sustitución de conductores eléctricos con conductores de mayor sección o un ducto de barras más eficiente (con menor impedancia). Un ejemplo más común de cambiar los niveles de corriente de falla disponibles es reubicar el equipo existente dentro de la instalación a un lugar con menos impedancia de circuito total. Cualquiera de los ejemplos anteriores puede dar lugar a una corriente de falla disponible más alta. El diseño de las instalaciones debe tener en cuenta los cambios futuros que pueden aumentar los niveles actuales de falla.

Estrategias de diseño para la determinación de la I”k de una instalación

Hay dos casos principales que deben tenerse en cuenta al determinar una estrategia para el equipamiento frente las corrientes de corto circuito:

• Equipamiento ya instalado
• Nuevo equipamiento

Las soluciones para resolver estos casos pueden variar en el enfoque y los costos de implementación. Todos los aspectos que influyen en los niveles de corriente de falla disponibles y las características del equipamiento deben ser cuidadosamente considerados para cada sitio y situación. No debe pensarse que una metodología particular funcionará igualmente bien en todas las situaciones. Sin embargo, pueden aplicarse ciertos conceptos que resultan en el desarrollo de una estrategia para la determinación de especificaciones que proporcionará protección a los empleados y al equipamiento teniendo en cuenta las necesidades inmediatas y futuras. Para esto, es recomendable:
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• Determinar los niveles reales de corriente de falla disponibles. Esto incluye la corriente de falla disponible en cada lugar haya equipamiento instalado y en los diferentes puntos de red de distribución eléctrica, tales como tableros principales y de distribución. Eaton ofrece el programa Xspider, una herramienta para el cálculo de corto circuitos (http://www.xspider.eaton.eu/index.php?id=2)
• Considerar los factores que pueden afectar los futuros niveles de corriente de falla, como: Necesidades futuras de energía que resultan en un aumento en el tamaño de transformadores o fuentes de alimentación aguas arriba; Mejora en la eficiencia del transformador o fuente de alimentación aguas arriba; Incremento de la sección de conductores en el sistema de distribución eléctrica; Disminución de la longitud del conductor; Instalación de cargas que aporten a las corrientes de corto circuito, como motores eléctricos, entre otros.
• Considerar soluciones típicas para resolver la insuficiencia de un equipamiento frente a las corrientes de orto circuito y su implementación. Tales soluciones pueden incluir la instalación de un transformador de aislación aguas arriba del equipamiento con una corriente de corto circuito inadecuado. Pueden utilizarse otras formas de impedancia.
•Agrupar tipos de equipamiento por su demanda de energía o por su ubicación. Por ejemplo, equipos con alta demandas de potencia con mayores niveles de I”k . Es probable que estos tipos de equipos tengan mayores necesidades de protección frente a los corto circuitos que otros equipamientos. Equipamientos como los de HVAC, pueden estar ubicados sin inconveniente lo suficientemente lejos de la fuente de energía más cercana de manera que la corriente de falla disponible sea menor.
• Especificar que los proveedores o instaladores de equipamiento proporcionen documentación detallada de la resistencia de los mismos frente a los corto circuitos. Los interruptores compactos, termomagnéticas, protecciones diferenciales, contactores, relés térmicos, seccionadores tienen claramente indicado sobre el producto y en la información técnica asociada las características frente a los corto circuitos.
• Requisitos de documentación. La documentación es un paso crítico en la comunicación de los requerimientos para las corrientes de corto circuito del equipamiento tanto para los proveedores como al personal. La documentación debe considerarse en forma de especificaciones para el proveedor, procedimientos relacionados con el mantenimiento o la gestión que podría afectar el nivel corrientes de corto circuito de la instalación para el personal de la empresa. Etiquetas que indican la corriente de falla disponible (la fecha de estimación) y los requisitos mínimos del equipamiento frente al corto circuito, incluyendo equipamiento aguas abajo. Considere colocar estas etiquetas en cada punto del sistema de distribución eléctrica donde se pueda instalar equipamiento, como un tablero de distribución o un transformador.
• Manuales de operación y mantenimiento del equipo incluyendo texto específico que impide la sustitución de componentes que pueden invalidar la resistencia al corto circuito del equipamiento y posiblemente anular su garantía.
• Documentación de capacitación para el personal de mantenimiento y otros.
• Capacitar al personal apropiado sobre los requisitos reglamentarios, y los estándares de la compañía con respecto de las corrientes de corto circuito

 ​                                                                      Conclusión 
La AEA reconoce la necesidad de proveer una adecuada protección contra los eventos de corrientes de corto circuito en las instalaciones eléctricas. Esto solo puede lograrse entendiendo las corrientes de falla disponibles, comunicando estos requerimientos al personal y a los proveedores de equipamiento y una correcta selección de los componentes en los tableros eléctricos. La ejecución de una buena estrategia de diseño para las corrientes de corto circuito proveerá la protección requerida a los usuarios, los operadores y la instalación.