La norma IEC 61660 calcula el cortocircuito en el sistema de corriente continua de servicios auxiliares de centrales y subestaciones. Suma el aporte del rectificador, de la batería, de los condensadores de filtro y de los motores de c.c., y entrega el valor máximo (para elegir equipos) y el mínimo (para fusibles y protecciones).
Qué es el sistema de corriente continua de una subestación
Los relés, los mandos de los interruptores, la señalización y las comunicaciones de una subestación o de una central funcionan con corriente continua. La fuente es un banco de baterías conectado todo el tiempo a la carga y a un cargador, de modo que el sistema sigue alimentado si se pierde la corriente alterna. Esa energía de reserva es la que permite disparar los interruptores durante una falla.
Un cortocircuito en esa red es un caso aparte. La batería entrega corrientes muy altas con muy poca resistencia, y el cargador, los condensadores de filtro y los motores de c.c. se suman. Elegir mal el poder de corte de un fusible o de un interruptor de c.c. es un error que solo se ve el día de la falla.
Qué cubre la IEC 61660
La serie IEC 61660 se llama «Corrientes de cortocircuito en instalaciones auxiliares alimentadas en corriente continua en centrales y subestaciones». Tiene dos partes:
- Parte 1: cálculo de las corrientes de cortocircuito.
- Parte 2: cálculo de los efectos: electromagnéticos sobre conductores rígidos y térmicos sobre conductores desnudos y equipos.
Existe además un informe técnico con ejemplos de cálculo (IEC TR 61660-3). Para cables y conductores aislados, la parte 2 remite a las normas IEC 60949 e IEC 60986.
Las fuentes que aportan corriente
La parte 1 considera cuatro tipos de fuente:
- Rectificadores en puente trifásico de corriente alterna.
- Baterías estacionarias de plomo-ácido.
- Condensadores de filtro (alisado).
- Motores de corriente continua con excitación independiente.
La norma indica que los datos de otros equipos pueden obtenerlos del fabricante. La corriente de carga normal no se incluye en el cálculo.
Un detalle importante: la edición de 1997 desarrolla el método para rectificadores en puente trifásico de 50 Hz y deja los de 60 Hz como tema en estudio. Quien dimensiona un cargador de 60 Hz debe pedir al fabricante los datos del aporte y confirmar con él el método.
Qué valores entrega
La norma define las cantidades que importan para elegir y ajustar:
| Símbolo | Nombre | Para qué sirve |
|---|---|---|
| ip | Corriente de cresta | Esfuerzo mecánico en barras, soportes y poder de cierre |
| Ik | Corriente de cortocircuito cuasi permanente (valor 1 s después del inicio) | Esfuerzo térmico y poder de corte |
| tp | Tiempo hasta la cresta | Forma de la curva y selección de dispositivos rápidos |
| Tk | Duración del cortocircuito, hasta que se interrumpe la corriente | Calentamiento de conductores y equipos |
La curva de cada fuente se aproxima con una función que sube con una constante de tiempo hasta la cresta y luego baja con otra. Con las constantes de tiempo, la cresta y el valor cuasi permanente se comprueban los esfuerzos mecánicos y térmicos de la parte 2.
Máximo y mínimo: dos cálculos con propósitos opuestos
La norma separa los dos casos, y cada uno exige condiciones de operación distintas.
Corriente máxima, para dimensionar equipos. Se supone, entre otras cosas:
- resistencias de los conductores a 20 °C;
- resistencias de empalmes y de barras ignoradas;
- control de limitación de corriente del rectificador sin efecto;
- batería con carga completa;
- diodos de desacople entre secciones ignorados.
Corriente mínima, para ajustar fusibles y protecciones. Se supone, entre otras cosas:
- resistencias de los conductores a la temperatura máxima de operación;
- resistencias de empalmes incluidas;
- aporte del rectificador igual a su corriente de cortocircuito asignada;
- batería en su tensión final de descarga, según el fabricante;
- diodos de desacople considerados.
En ambos casos se tiene en cuenta el efecto limitador de los fusibles u otros dispositivos de protección. Si el cortocircuito mínimo en el extremo de un circuito largo no alcanza para fundir el fusible a tiempo, la falla queda sin despejar, y es un problema típico de circuitos de mando extensos.
Un ejemplo de lectura
Un tablero de c.c. de 125 V alimenta un circuito de disparo con un fusible. El estudio calcula dos números: el máximo en las barras del tablero, que debe ser menor que el poder de corte de los dispositivos instalados, y el mínimo en el extremo del circuito, que debe ser suficiente para que el fusible funcione en el tiempo requerido. Si el máximo supera el poder de corte, se cambia el dispositivo. Si el mínimo es bajo, se acorta el circuito, se aumenta la sección del conductor o se cambia la curva del fusible.
Errores frecuentes
- Calcular con la corriente alterna: la forma de la onda y las fuentes son otras.
- Usar la capacidad de la batería en Ah como si fuera la corriente de cortocircuito.
- Olvidar el aporte de los condensadores de filtro y de los motores de c.c. cuando están presentes.
- Verificar solo el máximo y no el mínimo en los circuitos largos.
- Dejar sin revisar el poder de corte de los dispositivos tras cambiar el banco de baterías por uno de mayor capacidad.
Hacemos su estudio de cortocircuito en c.c.
Nuestro equipo calcula las corrientes máxima y mínima del sistema de c.c. de su subestación o planta con la IEC 61660, verifica los dispositivos de protección y entrega la memoria con los resultados. Trabajamos de forma remota con sus planos y datos de baterías y cargadores. Vea el servicio de diseño de ingeniería y estudios y escríbanos por contacto. Si necesita comprobar el estado del banco de baterías en campo, lo hacemos dentro de pruebas y puesta en servicio.
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Referencias
- IEC 61660-1:1997, Short-circuit currents in d.c. auxiliary installations in power plants and substations – Part 1: Calculation of short-circuit currents.
- IEC 61660-2:1997, Part 2: Calculation of effects.
- IEC TR 61660-3, Part 3: Worked examples.
- IEC 60896-1, Stationary lead-acid batteries – Part 1: Vented types.
Preguntas frecuentes
¿Por qué no sirve el cálculo de cortocircuito de corriente alterna para el banco de baterías?
Porque la fuente es otra. En corriente continua la corriente la entregan la batería, el cargador, los condensadores y los motores, y su forma en el tiempo no es una onda simétrica con componente aperiódica. La IEC 61660 describe esa forma con una función de crecimiento hasta un valor de cresta y una caída posterior.
¿Qué diferencia hay entre la corriente máxima y la mínima de cortocircuito en c.c.?
La máxima define la capacidad de corte y la resistencia mecánica y térmica de los equipos. La mínima es la base para ajustar fusibles y protecciones: si es menor que la corriente de operación del fusible en el tiempo requerido, la falla no se despeja.
¿Se puede usar la IEC 61660 con cargadores de 60 Hz?
La edición de 1997 desarrolla el método para puentes rectificadores trifásicos de 50 Hz y deja los de 60 Hz como tema en estudio. Para esos equipos conviene pedir al fabricante los datos de aporte del cargador y verificar el método.