Calculadora de corriente de falla disponible: método punto a punto

La corriente de falla disponible es la corriente máxima que podría circular en un punto de un sistema eléctrico si ahí ocurriera un cortocircuito franco. Cada interruptor, fusible y tablero en ese punto debe poder interrumpirla o resistirla, y es el punto de partida de todo cálculo de arco eléctrico. Esta calculadora gratuita de corriente de falla disponible la estima en las terminales del secundario de un transformador y al final de hasta dos tramos de conductores. Usa el método punto a punto y muestra cada paso.

Tome el resultado como una estimación preliminar. Nuestros ingenieros electricistas con licencia de Dreiym Engineering crearon esta calculadora y la compararon con cada ejemplo resuelto del manual del que proviene el método. Fijamos los valores por defecto hacia el lado alto. La fuente de la compañía suministradora empieza como infinita y la impedancia del transformador se toma 10 % por debajo del valor de placa. Aun así, el resultado no es un límite superior. Los motores solo cuentan si usted los agrega, y un estudio completo puede encontrar más corriente que esta estimación. Como la calculadora no es un estudio de cortocircuito, su resultado no sirve para un marcado en campo. Su comparación con la capacidad del interruptor, fusible o tablero es solo una primera revisión. Confirme las capacidades de los equipos con un estudio de cortocircuito y no use el resultado para decisiones de seguridad.

Qué datos pide la calculadora de corriente de falla disponible

• De la placa del transformador necesitará los kVA, la tensión del secundario (de 208 V a 13.8 kV trifásica, o 120/240 V monofásica) y la impedancia porcentual, %Z.
• El ajuste de la fuente de la compañía suministradora es solo para sistemas trifásicos. Déjelo en Infinita para obtener el resultado más alto. Si la compañía le dio la corriente de falla disponible en el primario del transformador y la tensión del primario, elija Conocida e ingrese ambas, con la tensión en kV. En monofásico siempre se supone una fuente infinita.
• En sistemas trifásicos también puede incluir motores. Mientras están en operación, los motores alimentan corriente de regreso hacia una falla durante los primeros ciclos. Ingrese su corriente de plena carga, o trate toda la carga del transformador como motores. Por defecto no hay motores, así que agréguelos si quiere el resultado más alto.
• Para cada tramo de conductores ingresará la longitud en un sentido, el calibre y el material del conductor, los juegos en paralelo, la canalización (de acero o no magnética) y la construcción, ya sea tres conductores individuales o un cable de tres conductores.
• Para revisar el equipo, ingrese la capacidad interruptiva (AIC) del interruptor o fusible, la capacidad de cortocircuito o de resistencia del tablero si la tiene, y dónde está el dispositivo. La calculadora compara la corriente en ese punto con cada capacidad e indica si está por debajo de la capacidad, cerca de ella (arriba del 80 %) o por encima.

Cómo funciona el cálculo de corriente de falla punto a punto

El método proviene de la serie Bussmann de Eaton: el manual Selecting Protective Devices trata el transformador y cada tramo de conductores como impedancias en serie, y la calculadora sigue los pasos del manual uno por uno:

1. Obtenga la corriente de plena carga del transformador. En trifásico es kVA × 1000 / (E × 1.732).
2. Calcule un multiplicador de 100 / (%Z × 0.9). El 0.9 se debe a que la impedancia de un transformador UL 1561 puede ser hasta 10 % menor que su valor de placa, y menos impedancia significa más corriente. También puede elegir la %Z de placa tal como está marcada, o %Z × 0.925 para la tolerancia ANSI de ±7.5 % en transformadores de dos devanados.
3. Multiplique la corriente de plena carga por el multiplicador para obtener la corriente de falla en las terminales del secundario. Si ingresó una fuente de la compañía suministradora, la calculadora usa en su lugar los pasos A a C del manual, que ponen la impedancia de la compañía en serie con la del transformador.
4. Para cada tramo, calcule el factor f = 1.732 × L × I / (C × n × E). L es la longitud en un sentido en pies, I es la corriente al inicio del tramo (sin la contribución de motores), n es el número de juegos en paralelo y E es la tensión entre líneas. C es la constante del conductor, leída en la tabla del manual para ese calibre, material, construcción, canalización y clase de tensión.
5. Luego M = 1 / (1 + f), y la corriente al final del tramo es la corriente inicial por M. Un segundo tramo parte de ese valor.
6. La contribución de motores se suma en cada punto. Por defecto es 4 × la corriente de plena carga de los motores en operación.

El inicio rápido "Ejemplo del manual" llena el primer ejemplo del manual, un transformador de 1,500 kVA y 480 V con 3.5 % de impedancia. Su corriente de plena carga es de 1,804.3 A. El multiplicador es 100 / (3.5 × 0.9) = 31.746, lo que da una corriente de falla de 57,278 A en las terminales del secundario. Toda la carga se toma como motores, así que 4 × 1,804.3 = 7,217 A de contribución de motores llevan el total a 64,496 A. Al final de un tramo de 25 pies de seis juegos de 500 kcmil de cobre en tubo conduit de acero, el total baja a 62,355 A. Otros 50 pies más adelante, por un solo juego, es de 45,285 A. El manual imprime valores que difieren en un ampere (57,279, 62,354 y 45,284 A) porque redondea en cada paso. La calculadora conserva toda la precisión y muestra los valores impresos en sus notas.

Sistemas monofásicos

Con un transformador de 120/240 V con derivación central obtiene dos respuestas: la corriente de falla de línea a línea y la de línea a neutro. En las terminales, la calculadora toma la corriente de línea a neutro como 1.5 veces la de línea a línea, que es la estimación del manual. A lo largo de un tramo la longitud cuenta dos veces, porque la corriente va y regresa, y se supone que el neutro es del mismo calibre que los conductores de línea. Los resultados monofásicos siempre suponen una fuente infinita de la compañía suministradora y no incluyen la contribución de motores.

Qué supone el cálculo de corriente de falla

• Los resultados son corrientes de falla francas y simétricas, los valores más altos que da el método para sus datos. Sin embargo, con una fuente finita de la compañía suministradora, una falla de línea a tierra en el secundario en estrella de un transformador delta-estrella puede resultar mayor que el valor trifásico. Un estudio de cortocircuito revisa ambos casos, y la calculadora lo señala cuando usted ingresa una fuente de la compañía.
• Si no ingresa una fuente, se trata como infinita, y una compañía suministradora real da algo menos. Cuando la compañía reemplaza su transformador o cambia su sistema, la corriente de falla disponible también cambia y se debe volver a calcular.
• El cálculo usa la tensión nominal. En acometidas, la tensión de la compañía puede estar hasta 10 % por encima, y para el caso más alto el manual multiplica el resultado por 1.1. La calculadora no aplica ese factor, y sus notas lo indican.
• Las impedancias se suman como magnitudes simples, sin considerar sus ángulos. Un transformador es casi pura reactancia y un conductor pequeño casi pura resistencia, así que un estudio que suma la resistencia y la reactancia por separado puede encontrar más corriente que esta estimación. La diferencia es mayor en conductores pequeños cerca de un transformador grande.

Marcado de la corriente de falla disponible según NEC 110.24

Excepto en unidades de vivienda, NEC 110.24 exige marcar en campo el equipo de acometida con la corriente de falla disponible y la fecha en que se hizo el cálculo. El cálculo debe documentarse y ponerse a disposición de las personas autorizadas para diseñar, instalar, inspeccionar, mantener u operar el sistema. Si la instalación cambia de una forma que afecte la corriente de falla disponible en la acometida (por ejemplo, si se reemplaza el transformador de la acometida), el valor debe verificarse o recalcularse y el marcado debe actualizarse. Las instalaciones industriales donde solo personas calificadas dan servicio al equipo están exentas. Revise qué edición del NEC aplica su jurisdicción. Como las capacidades interruptivas y de corriente de cortocircuito de los equipos se comparan con el valor marcado según NEC 110.9 y 110.10, ese valor debe venir de un estudio. Una estimación preliminar como esta no debe usarse para el marcado.

Cómo usar el resultado para estimar el arco eléctrico

Cuando el resultado es trifásico, un enlace bajo la tabla de resultados dice "Estimar la energía incidente de arco eléctrico con este valor". Un clic normal en él abre nuestra calculadora de arco eléctrico IEEE 1584-2018 con la tensión y la corriente de falla del último punto ya llenadas, incluida la contribución de motores si la ingresó. Esos valores solo viajan en la dirección que abre el enlace y nunca se envían a un servidor. No suponga que la corriente de falla más alta da el peor arco eléctrico. Una corriente menor puede hacer que un dispositivo de protección tarde mucho más en liberar la falla, y por eso un estudio de arco eléctrico también revisa las corrientes menores. El resultado de arco eléctrico también es una estimación preliminar. No lo use para imprimir una etiqueta, elegir el EPP ni planear trabajos con equipo energizado.

Cuándo necesita un estudio de cortocircuito

Un estudio modela su sistema real. Toma los datos de la compañía suministradora y cada transformador, cable, barra y motor, junto con las relaciones X/R que deciden si la capacidad de un equipo aplica en sus condiciones de prueba. Eso es lo que necesita para confirmar las capacidades de los equipos, establecer la coordinación de protecciones y alimentar un estudio de arco eléctrico. También es la forma de obtener un valor documentado para el marcado de NEC 110.24. Nuestros ingenieros profesionales con licencia realizan estudios de análisis de cortocircuitos y coordinación de la protección, con sello de PE cuando se requiera. Nuestra publicación sobre falla a tierra frente a cortocircuito explica en qué se diferencian los dos tipos de falla.