El estudio de cortocircuito calcula cuánta corriente circula en cada barra y en cada rama cuando ocurre una falla, sumando lo que aportan la red, los generadores, los motores y los inversores, en las condiciones más severas y en las más débiles. Con él se verifica que interruptores, barras, cables y transformadores de corriente aguantan la falla y se ajustan las protecciones. En Colombia se calcula normalmente con IEC 60909-0:2016; en equipos de norma americana se verifica con el método ANSI/IEEE de las normas C37.
Qué es un estudio de cortocircuito
Un cortocircuito es una unión de muy baja impedancia entre fases o entre fase y tierra. La corriente que circula en ese momento la limitan solo las impedancias de la red, los transformadores, los cables y las máquinas, y puede ser decenas de veces la corriente de carga. El estudio de cortocircuito calcula esa corriente en cada barra y su reparto por las ramas, para fallas trifásicas, bifásicas, bifásicas a tierra y monofásicas.
Se hace en dos condiciones:
- Máxima: todas las fuentes conectadas, incluidos los motores y la generación propia, con la menor impedancia de red. Sirve para la capacidad de interrupción y de cierre, los esfuerzos de barras y cables, los ajustes instantáneos y la saturación de los CT.
- Mínima: la configuración más débil que puede operar, por ejemplo con un transformador fuera o con la planta de emergencia como única fuente y, en fallas a tierra, con una resistencia de falla realista. Sirve para comprobar que cada protección detecta la falla en su zona y en la de respaldo.
El estudio va de la mano del estudio de flujo de carga, que da las corrientes de operación y el sentido del flujo en demanda máxima, mínima y contingencia. Los dos juntos son la base de los criterios de ajuste de protecciones.
Fuentes que aportan al cortocircuito
La corriente en el punto de falla es la suma de lo que aporta cada fuente conectada. Identificarlas bien es la mitad del estudio.
| Fuente | Cómo aporta | Duración del aporte |
|---|---|---|
| Red externa | Equivalente de Thévenin en el punto de conexión, informado por el operador de red | Sostenida |
| Generador sincrónico | Reactancia subtransitoria, luego transitoria y sincrónica | Decae hasta un valor que depende de la excitación |
| Motor sincrónico | Actúa como generador mientras gira y conserva excitación | Decae en ciclos |
| Motor de inducción | Flujo atrapado en el rotor e inercia | Pocos ciclos |
| Inversor (solar, eólico, baterías) | Corriente limitada por su control | La que declare el fabricante |
| Cargas pasivas | No aportan | — |
Por qué aportan los motores. Cuando cae la tensión, el motor sigue girando por la inercia de su carga y conserva flujo en el rotor. Durante unos ciclos se comporta como un generador. En un motor de inducción el aporte inicial es del orden de su corriente de arranque con rotor bloqueado (el dato sale de la placa o del fabricante) y decae rápido, porque no tiene excitación propia. Por eso pesa en la corriente de pico y en la de cierre del interruptor, y bastante menos en la corriente que ese interruptor debe interrumpir varios ciclos después. En plantas industriales con muchos motores, omitir este aporte subestima el pico.
Los inversores de plantas solares, eólicas y de almacenamiento aportan una corriente limitada por su electrónica, poco mayor que la nominal y con un comportamiento que define cada fabricante. Su aporte es pequeño frente al de una máquina rotativa, pero cambia el cortocircuito mínimo y la dirección de la corriente que ven las protecciones.
Transformadores, líneas y reactores no son fuentes: son impedancias que limitan la corriente. Un transformador con neutro aterrizado sí ofrece camino a la corriente de secuencia cero en las fallas a tierra, y por eso su grupo de conexión y su puesta a tierra son datos de entrada obligatorios.
Cuándo se exige
- RETIE. En el diseño detallado (numeral 3.3.1.1) el reglamento lista el «análisis y cálculos de cortocircuito, arco eléctrico y falla a tierra» y la especificación de conductores según el tiempo de disparo, la corriente de cortocircuito de la red y la capacidad de corriente del conductor, «de acuerdo con la norma IEC 60909 u otra equivalente». Las instalaciones que necesitan certificación plena deben contar con diseño.
- Operador de red. El estudio de conexión, el simplificado de la CREG 174 de 2021 y la revisión de protecciones parten del cortocircuito en el punto de conexión. Vea conexión a la red en Colombia.
- Cambios en la red: un transformador más grande, generación solar o motores nuevos, o un aviso del operador de que subió el nivel de falla.
- Aseguradoras y auditorías, cuando revisan si los tableros e interruptores están dentro de su capacidad.
Método y norma: IEC 60909 frente a ANSI/IEEE
IEC 60909-0:2016 («Short-circuit currents in three-phase a.c. systems — Part 0: Calculation of currents», edición 2.0) cubre redes trifásicas de baja y alta tensión a 50 Hz y 60 Hz. Coloca una fuente de tensión equivalente en el punto de falla, igual a la tensión nominal multiplicada por un factor de tensión c que la norma tabula por nivel de tensión y por caso (máximo o mínimo), y anula las demás fuentes. Distingue las fallas lejanas de los generadores de las cercanas a ellos, y fija cuándo pueden despreciarse los motores asíncronos frente al resto de la falla. Calcula:
| Magnitud IEC 60909 | Para qué sirve |
|---|---|
| Corriente inicial simétrica (I″k) | Ajuste de protecciones, comparación entre escenarios |
| Corriente pico (ip = κ·√2·I″k) | Esfuerzo electrodinámico en barras y capacidad de cierre; κ crece cuanto más inductivo es el circuito |
| Corriente de interrupción (Ib) | Capacidad de interrupción del interruptor |
| Corriente permanente (Ik) | Fallas lejanas o con generación limitada |
| Corriente térmica equivalente (Ith) | Esfuerzo térmico de cables y equipos |
El método ANSI/IEEE responde a cómo se asignan las capacidades de los interruptores de norma americana. Para media y alta tensión, IEEE C37.010 es la guía de aplicación de interruptores de más de 1000 V asignados sobre la base de corriente simétrica; para baja tensión, IEEE C37.13 cubre los interruptores de potencia en envolvente. El cálculo usa redes de reactancia distintas para el primer ciclo y para el instante de interrupción, con reactancias de máquinas diferentes en cada una, y corrige el resultado según la relación X/R del punto de falla, porque cada interruptor se ensaya con una asimetría determinada por su norma. La práctica recomendada de IEEE para estudios de cortocircuito en sistemas industriales y comerciales es IEEE 3002.3-2018.
La regla práctica: el método debe ser coherente con la norma con la que se fabricó y ensayó el equipo que se verifica. Una celda IEC se compara con resultados IEC; un interruptor de potencia de norma C37 se verifica con el método ANSI. En plantas mixtas, el estudio declara qué método usó para cada equipo.
Cómo se limita la corriente de cortocircuito
Cuando el estudio muestra que los equipos quedan cortos, hay dos caminos: cambiar los equipos o bajar la corriente. Para bajarla se usan reactores en serie, transformadores con mayor impedancia, barras separadas con el acoplador normalmente abierto, limitadores de corriente y, para las fallas a tierra, resistencias o reactancias en el neutro. Cada una de esas medidas cambia también lo que ven las protecciones: una barra partida o un neutro con resistencia exigen revisar la sensibilidad y la coordinación con un nuevo cortocircuito mínimo.
Qué necesitamos de usted
- Unifilar con la topología real y los modos de operación (enlaces abiertos o cerrados, transferencias, paralelos con generación).
- Equivalente de red del operador: corriente o potencia de cortocircuito trifásica y monofásica, con su relación X/R o sus impedancias.
- Datos de placa de transformadores (potencia, impedancia, grupo de conexión, puesta a tierra del neutro), generadores, motores e inversores.
- Cables y líneas: calibre, material, longitud y forma de instalación.
- Capacidades de interrupción y corriente de corta duración de interruptores, celdas y barras, según su placa.
Qué entregamos
- Memoria de cálculo con el modelo, las fuentes, los escenarios y la norma y edición usadas.
- Tabla de corrientes por barra y tipo de falla, en máxima y mínima, con el aporte de cada fuente.
- Verificación de equipos: capacidad de interrupción y de cierre, corriente de corta duración de barras y celdas, esfuerzo térmico de cables, y si los transformadores de corriente pueden saturarse.
- Datos de entrada para la coordinación de protecciones, el estudio de arco eléctrico y el diseño de la malla de puesta a tierra.
- Recomendaciones cuando algún equipo queda corto.
Errores de modelado más comunes
- Calcular solo el cortocircuito máximo y no comprobar la sensibilidad con el mínimo.
- Usar un equivalente de red viejo o sin relación X/R, lo que falsea el pico y la asimetría.
- Omitir la impedancia de secuencia cero o la conexión de los transformadores, que deja mal calculadas las fallas a tierra.
- Olvidar los motores y los inversores, o modelarlos todos como si aportaran igual.
- No validar el modelo con mediciones o con registros de fallas reales.
Hallazgos típicos y lo que cuestan si se ignoran
- Interruptores por debajo de la corriente de falla. Pasa cuando el operador refuerza su red o se agrega generación. Un interruptor que no puede interrumpir puede explotar y convertir una falla local en un incendio. Vea interruptor de potencia.
- Barras o celdas con corriente de corta duración insuficiente. La fuerza electrodinámica deforma barras y aisladores.
- Transformadores de corriente que se saturan. La protección ve menos corriente de la real y tarda o no dispara. Vea transformador de corriente.
- Falla mínima que la protección no detecta. Con planta de emergencia, la corriente puede quedar por debajo del arranque de la 51 y la falla no se despeja.
Ignorar estos resultados se paga con equipos destruidos, paradas largas mientras llega un repuesto y reclamaciones con la aseguradora.
Estudios eléctricos con Tiza Group
Nuestro equipo modela su red, en subestaciones e industria de media, alta y extra alta tensión, y entrega el cortocircuito con el aporte de cada fuente, la verificación de equipos y la base para coordinar protecciones y calcular el arco eléctrico. Si el resultado obliga a cambiar ajustes, los cargamos con configuración remota de relés o en sitio. El estudio se hace de forma remota, sin desplazamientos: conozca nuestro servicio de diseño de ingeniería y estudios y envíenos su unifilar por contacto.
Guías relacionadas
- Estudio de flujo de carga
- Estudio de arco eléctrico: IEEE 1584 y NFPA 70E
- Selectividad en baja tensión
- Criterios de ajuste de protecciones eléctricas
- Corriente de secuencia cero
- Interruptor de potencia
Referencias
- IEC 60909-0:2016, Short-circuit currents in three-phase a.c. systems — Part 0: Calculation of currents.
- IEEE C37.010, IEEE Application Guide for AC High-Voltage Circuit Breakers > 1000 Vac Rated on a Symmetrical Current Basis.
- IEEE C37.13, IEEE Standard for Low-Voltage AC Power Circuit Breakers Used in Enclosures.
- IEEE 3002.3-2018, IEEE Recommended Practice for Conducting Short-Circuit Studies and Analysis of Industrial and Commercial Power Systems.
- RETIE, Resolución 40117 de 2024 del Ministerio de Minas y Energía, y sus modificaciones (numeral 3.3.1.1).
- Resolución CREG 174 de 2021 y sus modificaciones.
Preguntas frecuentes
¿Qué diferencia hay entre IEC 60909 y el método ANSI/IEEE?
IEC 60909 coloca una fuente de tensión equivalente en el punto de falla, multiplicada por un factor de tensión c, y calcula corriente inicial, pico, de interrupción y permanente. El método ANSI/IEEE usa redes distintas para el primer ciclo y para la interrupción y corrige con la relación X/R, porque así se asignan las capacidades de los interruptores de norma americana.
¿Los motores aportan corriente de cortocircuito?
Sí. Al caer la tensión, el motor sigue girando por inercia y conserva flujo en el rotor, así que durante unos ciclos actúa como generador. En un motor de inducción el aporte decae rápido porque no tiene excitación propia; pesa sobre todo en el pico y en la capacidad de cierre de los interruptores.
¿Por qué se calculan un cortocircuito máximo y uno mínimo?
El máximo verifica la capacidad de interrupción y los esfuerzos de los equipos. El mínimo comprueba que las protecciones detectan la falla más débil de su zona; por ejemplo, con la planta de emergencia como única fuente. Calcular solo el máximo es uno de los errores más comunes.