UNE-EN 60909-0 norma española

Octubre 2002

TÍTULO Corrientes de cortocircuito en sistemas trifásicos de corriente alterna

Parte 0: Cálculo de corrientes

Short-circuit currents in three-phase a.c. systems. Part 0: Calculation of currents.

Courants de court-circuit dans les réseaux triphasés à courant alternatif. Partie 0: Calcul des courants.

CORRESPONDENCIA Esta norma es la versión oficial, en español, de la Norma Europea EN 60909-0 de agosto de 2001, que a su vez adopta la Norma Internacional CEI 60909-0:2001 y su Corrigendum de febrero de 2002.

OBSERVACIONES Esta norma anulará y sustituirá a la Norma UNE 21239 de diciembre de 1994 y su erratum de diciembre de 1996, antes de 2004-07-01.

ANTECEDENTES Esta norma ha sido elaborada por el comité técnico AEN/CTN 207 Transporte y Distribución de Energía Eléctrica cuya Secretaría desempeña UNESA.

Editada e impresa por AENOR Depósito legal: M 43524:2002

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Grupo 39

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ÍNDICE

Página

1 GENERALIDADES ............................................................................................................ 8 1.1 Objeto y campo de aplicación............................................................................................. 81.2 Normas para consulta ......................................................................................................... 9 1.3 Definiciones .......................................................................................................................... 10 1.4 Símbolos, subíndices y superíndices .................................................................................. 121.4.1 Símbolos ............................................................................................................................... 12 1.4.2 Subíndices ............................................................................................................................ 14 1.4.3 Superíndices ......................................................................................................................... 16

2 CARACTERÍSTICAS DE LAS CORRIENTES DE CORTOCIRCUITO: MÉTODO DE CÁLCULO ................................................................................................. 162.1 Generalidades ...................................................................................................................... 16 2.2 Hipótesis de cálculo ............................................................................................................. 18 2.3 Método de cálculo................................................................................................................ 18 2.3.1 Fuente de tensión equivalente en el punto de cortocircuito ............................................. 182.3.2 Aplicación de las componentes simétricas......................................................................... 21 2.4 Corrientes de cortocircuito máximas................................................................................. 232.5 Corrientes de cortocircuito mínimas ................................................................................. 24

3 IMPEDANCIAS DE CORTOCIRCUITO DE LOS EQUIPOS ELÉCTRICOS........... 243.1 Generalidades ...................................................................................................................... 24 3.2 Redes de alimentación......................................................................................................... 25 3.3 Transformadores ................................................................................................................. 26 3.3.1 Transformadores de dos devanados .................................................................................. 263.3.2 Transformadores de tres devanados.................................................................................. 273.3.3 Factores de corrección de impedancias de transformadores de red de dos y tres devanados............................................................................................................................. 28 3.4 Líneas aéreas y cables ......................................................................................................... 29 3.5 Reactancias limitadoras de cortocircuito .......................................................................... 303.6 Máquinas síncronas............................................................................................................. 31 3.6.1 Alternadores síncronos ....................................................................................................... 31 3.6.2 Compensadores síncronos y motores ................................................................................. 323.7 Grupos de generación ......................................................................................................... 33 3.7.1 Grupos de generación con cambiador de tomas en carga................................................ 333.7.2 Grupos de generación sin cambiador de tomas en carga................................................. 343.8 Motores asíncronos.............................................................................................................. 35 3.8.1 Generalidades ...................................................................................................................... 35 3.8.2 Contribución de los motores asíncronos a las corrientes de cortocircuito ..................... 363.9 Convertidores estáticos ....................................................................................................... 38 3.10 Condensadores y cargas no rotativas................................................................................. 38

4 CÁLCULO DE CORRIENTES DE CORTOCIRCUITO............................................... 394.1 Generalidades ...................................................................................................................... 39 4.2 Corriente de cortocircuito simétrica inicial Ik ................................................................. 41

4.2.1 Cortocircuito trifásico ......................................................................................................... 41 4.2.2 Cortocircuito bifásico.......................................................................................................... 46

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4.2.3 Cortocircuito bifásico a tierra ............................................................................................ 48 4.2.4 Cortocircuito monofásico a tierra ...................................................................................... 484.3 Valor de cresta de la corriente de cortocircuito ip ............................................................ 49 4.3.1 Cortocircuito trifásico ......................................................................................................... 49 4.3.2 Cortocircuito bifásico.......................................................................................................... 51 4.3.3 Cortocircuito bifásico a tierra ............................................................................................ 51 4.3.4 Cortocircuito monofásico a tierra ...................................................................................... 514.4 Componente continua de la corriente de cortocircuito .................................................... 52 4.5 Corriente de cortocircuito simétrica de corte Ib ............................................................... 52 4.5.1 Cortocircuito alejado de un alternador ............................................................................. 524.5.2 Cortocircuito próximo a un alternador ............................................................................. 534.6 Corriente de cortocircuito permanente Ik ......................................................................... 57 4.6.1 Cortocircuito trifásico de un alternador o de un grupo de generación........................... 574.6.2 Cortocircuito trifásico en redes no malladas..................................................................... 594.6.3 Cortocircuito trifásico en redes malladas.......................................................................... 604.6.4 Cortocircuitos desequilibrados........................................................................................... 60 4.6.5 Cortocircuitos en el lado de baja tensión de los transformadores, si una fase es

interrumpida en el lado de alta tensión ............................................................................. 60 4.7 Cortocircuito en terminales de los motores asíncronos.................................................... 624.8 Integral de Joule y corriente de cortocircuito térmica equivalente................................. 62

ANEXO A (Normativo) ECUACIONES PARA EL CÁLCULO DE LOS FACTORES m Y n................................................................................................... 66

Figura 1 Corriente de cortocircuito de un cortocircuito alejado de un alternador concomponente de corriente alterna constante (representación esquemática) .............. 16

Figura 2 Corriente de cortocircuito de un cortocircuito próximo a un alternador concomponente de corriente alterna decreciente (representación esquemática) ........... 17

Figura 3 Caracterización de los cortocircuitos y de sus corrientes ........................................... 19

Figura 4 Ilustración del cálculo de la corriente de cortocircuito simétrica inicial segúnIkel procedimiento de la fuente de tensión equivalente.................................................. 20

Figura 5 Impedancias de cortocircuito de un sistema trifásico de corriente alterna en el punto de cortocircuito F ................................................................................................ 22

Figura 6 Esquemas del sistema y del circuito equivalente de las redes de alimentación ........ 25

Figura 7 Transformador de tres devanados (ejemplo) .............................................................. 28

Figura 8 Diagrama fasorial de un alternador síncrono en condiciones asignadas .................. 31

Figura 9 Ejemplo para la estimación de la contribución de los motores asíncronos a lacorriente total de cortocircuito ..................................................................................... 37

Figura 10 Diagrama para determinar el tipo de cortocircuito (figura 3) que da lugar a lacorriente de cortocircuito más alta, referida a la corriente trifásica simétrica de

cortocircuito en el punto de defecto, cuando los ángulos de las impedancias de secuencia Z(1) , Z(2) , Z(0) son idénticos ........................................................................... 40

Figura 11 Ejemplos de cortocircuitos con alimentación única .................................................... 42

Figura 12 Ejemplo de una red no mallada.................................................................................... 43

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Figura 13 Corrientes de cortocircuito y corrientes parciales de cortocircuito para cortocircuitos trifásicos entre el alternador y el transformador de grupo con o sin cambiador de tomas en carga, o en la conexión al transformador auxiliar de un grupo de generación y al nivel de la barra auxiliar A ...................................... 44

Figura 14 Ejemplo de una red mallada alimentada por varias fuentes...................................... 47

Figura 15 Factor para circuitos en serie, como función de la relación R/X o X/R .................. 49

Figura 16 Factor para el cálculo de la corriente de cortocircuito de corte Ib ......................... 54

Figura 17 Factor q para el cálculo de la corriente de cortocircuito simétrica de corte de los motores asíncronos ........................................................................................................ 55

Figura 18 Factores mín y máx para alternadores de rotor cilíndrico ......................................... 58

Figura 19 Factores mín y máx para alternadores de polos salientes........................................... 58

Figura 20 Cortocircuitos en el lado secundario de un transformador, si una fase (fusible) se interrumpe en el lado de alta tensión de un transformador Dyn5 ........................ 60

Figura 21 Factor m para el efecto térmico de la componente de continua de la corriente de cortocircuito (la ecuación de m se da en el anexo A para programación)............ 64

Figura 22 Factor n para el efecto térmico de la componente de alterna de la corriente de cortocircuito (la ecuación de n se da en el anexo A para programación).................. 65

Tabla 1 Factor de tensión c ......................................................................................................... 20

Tabla 2 Factores y para el cálculo de las corrientes de cortocircuito con la ecuación (90). Relación de transformación asignada tr = UrTHV/UrTLV ...................................... 61

Tabla 3 Cálculo de las corrientes de cortocircuito de los motores asíncronos en el caso de un cortocircuito en los terminales (véase el apartado 4.7)..................................... 62

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1 GENERALIDADES

1.1 Objeto y campo de aplicación

Esta parte de la Norma CEI 60909 es aplicable al cálculo de corrientes de cortocircuito:

en sistemas trifásicos de corriente alterna de baja tensión

en sistemas trifásicos de corriente alterna de alta tensión

operando a una frecuencia nominal de 50 Hz o de 60 Hz.

Los sistemas a tensiones más altas, de 550 kV y superiores, con largas líneas de transmisión, necesitan una conside-ración especial.

Esta parte de la Norma CEI 60909 establece un procedimiento general, práctico y conciso, que conduce a resultados que generalmente son de precisión aceptable. Para establecer este método de cálculo, se introduce una fuente de tensión equivalente en el punto de cortocircuito. Esto no excluye la utilización de métodos especiales, por ejemplo el método de superposición, ajustado a circunstancias particulares, si como mínimo proporcionan la misma precisión. El método de superposición da la corriente de cortocircuito relacionada con un flujo de cargas previo. Este método, por tanto, no conduce necesariamente a la máxima corriente de cortocircuito.

Esta parte de la Norma CEI 60909 trata del cálculo de corrientes de cortocircuito en el caso de cortocircuitos equili-brados o desequilibrados.

En el caso de un camino conductor accidental o intencionado, entre un conductor de fase y la tierra local, los dos casos siguientes deben ser claramente distinguidos con vistas a sus diferentes propiedades físicas y efectos (que conducen a requisitos diferentes para su cálculo):

cortocircuito monofásico a tierra que aparece en un sistema con neutro puesto a tierra sólidamente, o a través de una impedancia

falta monofásica a tierra que aparece en un sistema con neutro aislado de tierra, o puesto a tierra de forma resonante. Esta falta no forma parte del objeto y campo de aplicación de esta norma y por lo tanto no es tratada.

Para las corrientes durante dos cortocircuitos monofásicos a tierra, simultáneos y separados, en un sistema con neutro aislado de tierra, o puesto a tierra de forma resonante, véase la Norma CEI 60909-3.

Las corrientes de cortocircuito y las impedancias de cortocircuito se pueden también determinar mediante pruebas en el sistema, por medidas sobre un analizador de redes, o con un programa informático. En los sistemas de baja tensión existentes, es posible determinar la impedancia de cortocircuito en base a medidas en el punto de cortocircuito considerado.

El cálculo de la impedancia de cortocircuito se basa, en general, en los datos asignados de los equipos eléctricos y en la disposición topológica del sistema y tiene la ventaja de ser posible tanto para sistemas existentes, como para sistemas en etapa de planificación.

En general, se calculan dos corrientes de cortocircuito que difieren en su magnitud:

la corriente de cortocircuito máxima que determina la capacidad o los valores asignados de los equipos eléctricos; y

la corriente de cortocircuito mínima que puede ser la base, por ejemplo, para la selección de fusibles, para el ajuste de dispositivos de protección y para el chequeo de arranque de motores.

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NOTA La corriente en un cortocircuito trifásico se supone que se hace simultáneamente en todos los polos. Investigaciones de cortocircuitos no simultáneos, los cuales pueden conducir a componentes aperiódicas más altas de la corriente de cortocircuito, no entran en el objeto y campo de aplicación.

Esta norma no cubre corrientes de cortocircuito creadas deliberadamente, bajo condiciones controladas (estaciones de ensayo de cortocircuito).

Esta parte de la Norma CEI 60909 no trata del cálculo de corrientes de cortocircuito en barcos ni en aviones.

1.2 Normas para consulta

Las normas que a continuación se relacionan contienen disposiciones válidas para esta norma internacional. En el momento de la publicación estaban en vigor las ediciones indicadas. Toda norma está sujeta a revisión por lo que las partes que basen sus acuerdos en esta norma internacional deben estudiar la posibilidad de aplicar la edición más reciente de las normas indicadas a continuación. Los miembros de CEI y de ISO poseen el registro de las normas internacionales en vigor en cada momento.

CEI 60038:1983 Tensiones normales de CEI.

CEI 60050-131:1978, Vocabulario Electrotécnico Internacional (VEI). Capítulo 131: Circuitos eléctricos y magnéticos.

CEI 60050-151:1978 Vocabulario Electrotécnico Internacional (VEI). Capítulo 151: Dispositivos eléctricos y magnéticos.

CEI 60050-195:1998 Vocabulario Electrotécnico Internacional (VEI). Parte 195: Puesta a tierra y protección contra choques eléctricos.

CEI 60056:1987 Interruptores automáticos de corriente alterna para alta tensión

CEI 60071-1:1993 Coordinación de aislamiento. Parte 1: Definiciones, principios y reglas.

CEI 60781:1989 Guía de aplicación para el cálculo de corrientes de cortocircuito en sistemas radiales de baja tensión.

CEI 60865-1:1993 Corrientes de cortocircuito. Cálculo de efectos. Parte 1: Definiciones y métodos de cálculo.

CEI TR 60909-11) Cálculo de corrientes de cortocircuito en sistemas trifásicos de corriente alterna. Parte 1: Fac-tores para el cálculo de corrientes de cortocircuito en sistemas trifásicos de corriente alterna de acuerdo con la Norma CEI 60909-0.

CEI TR3 60909-2:1992 Equipo eléctrico. Datos para el cálculo de corrientes de cortocircuito de acuerdo con la Norma CEI 60909.

CEI 60909-3:1995 Cálculo de corrientes de cortocircuito en sistemas trifásicos de corriente alterna: Corrientes durante dos cortocircuitos monofásicos a tierra simultáneos y separados y corrientes parciales de cortocircuito circulando a través de tierra.

CEI TR 60909-4:2000 Cálculo de corrientes de cortocircuito en sistemas trifásicos de corriente alterna. Parte 4: Ejemplos para el cálculo de corrientes de cortocircuito.

1) A publicar.

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EN 60909-0:2001 - 10 -

CEI 60949:1988 Cálculo de corrientes de cortocircuito térmicamente admisibles, teniendo en cuenta los efectos no adiabáticos del calentamiento.

CEI 60986:1989 Guía para los límites de temperatura de cortocircuito en cables eléctricos de tensión asignada de 1,8/3 (3,6) kV a 18/30 (36) kV.

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