Una corriente de falla es un flujo de corriente alto, no intencionado y no controlado a través de un sistema eléctrico. Las corrientes de falla son causadas por cortocircuitos de muy baja impedancia. Pueden ser cortocircuitos a tierra o entre fases. El elevado flujo de corriente resultante puede provocar el sobrecalentamiento de equipos y conductores, fuerzas excesivas y, en ocasiones, incluso arcos eléctricos graves, explosiones y estallidos. Las causas de los fallos incluyen cosas como la caída de rayos, los animales, la suciedad y los residuos, la caída de herramientas, la corrosión y los errores humanos.

Los cálculos de la corriente de fallo se basan en la Ley de Ohm en la que la corriente (I) es igual a la tensión (V) dividida por la resistencia (R). La fórmula es I = V/R. Cuando hay un cortocircuito la resistencia se hace muy pequeña, y eso significa que la corriente se hace muy grande.

Si la resistencia fuera cero, entonces la corriente de fallo calculada iría al infinito. Sin embargo, incluso el cable de cobre tiene cierta resistencia; no es un conductor perfecto. La determinación de la corriente de falla implica conocer la resistencia total desde la fuente de energía hasta la ubicación de la falla.

Se requiere el cálculo de la corriente de falla

Conocer la corriente de falla disponible es importante cuando se seleccionan los dispositivos de protección, sin embargo también es requerido por el código. El Código Eléctrico Nacional (NEC) 110.24(A) establece:

«El equipo de servicio en unidades que no sean viviendas deberá estar marcado de forma legible en el campo con la máxima corriente de falla disponible. La(s) marca(s) en el campo deberá(n) incluir la fecha en que se realizó el cálculo de la corriente de falla y ser lo suficientemente duradera(s) como para soportar el ambiente involucrado»

Esto significa que debe haber etiquetas instaladas en el campo en el equipo eléctrico, como el equipo de entrada de servicio, que da la corriente de falla de cortocircuito disponible. Esto permite comparar fácilmente el valor nominal de la corriente de cortocircuito (SCCR) del equipo con la corriente de defecto máxima disponible.

Cada vez que se produzca un cambio en el equipo, debe rehacerse el cálculo de la corriente de defecto. Esto se especifica en la norma NEC 110.24(B):

«Cuando se produzcan modificaciones en la instalación eléctrica que afecten a la corriente de defecto máxima disponible en el servicio, la corriente de defecto máxima disponible deberá verificarse o recalcularse según sea necesario para garantizar que los valores nominales del equipo de servicio sean suficientes para la corriente de defecto máxima disponible en los terminales de línea del equipo. La(s) marca(s) de campo requerida(s) en 110.24(A) se ajustará(n) para reflejar el nuevo nivel de la corriente máxima de falla disponible.»

Tipos de Fallas

En un sistema eléctrico hay varios tipos de fallas posibles:

• Un cortocircuito que resulta en que la corriente pase por alto la carga normal.
• Una «falla a tierra» en la que la corriente fluye hacia la tierra.
• En sistemas trifásicos puede haber un cortocircuito entre una o más fases. Este tipo de fallo suele crear las mayores corrientes de fallo.

El cuarto tipo de fallo, un fallo de circuito abierto, no genera una corriente de cortocircuito. Un fallo abierto es el resultado de la interrupción involuntaria de la corriente.

Los sistemas de protección deben evitar daños en los equipos y proteger a las personas en todas las situaciones anteriores. Esto significa que hay que calcular la corriente de defecto para poder seleccionar los dispositivos de protección adecuados.

Fallas atornilladas frente a faltas de arco

Una falta eléctrica puede ser una falta atornillada o una falta de arco.

En una falta atornillada hay una conexión sólida. Esto permite que la corriente de falla fluya a través de un conductor. Este tipo de fallo puede producirse cuando un instalador conecta una fuente de alimentación a tierra en lugar de al punto donde debería estar conectada. Cuando se conecta la alimentación, se produce inmediatamente un fallo atornillado que dispara el dispositivo de protección. Como el flujo de corriente estaba contenido, el daño suele ser limitado. Sin embargo, una falla atornillada crea las mayores corrientes de falla.

Una falla de arco resulta cuando no hay una conexión sólida, pero los conductores se acercan lo suficiente como para que la corriente salte a través del espacio creando un arco. El arco inicial ioniza el aire creando un plasma que permite que el flujo de corriente aumente rápidamente y se mantenga, dando lugar a un relámpago de arco o una explosión de arco. Cuando es posible que se produzca un relámpago de arco, deben realizarse cálculos de la corriente de fallo para determinar los límites de protección seguros y el EPI necesario, así como para proporcionar la información necesaria para las etiquetas de relámpago de arco que deben instalarse además de las etiquetas de corriente de fallo NEC 110.24 requeridas.

Fallas trifásicas

La norma CEI 60909 «Corrientes de cortocircuito en sistemas trifásicos» proporciona el método de cálculo aceptado para las corrientes de falla trifásicas.

Una falla en un sistema trifásico puede ser simétrica (equilibrada) o asimétrica (desequilibrada). En una avería simétrica, las tres fases se ven afectadas por igual. Sin embargo, esto no suele ocurrir. La mayoría de las fallas trifásicas son asimétricas, y eso hace que el cálculo de la corriente de falla sea más difícil.

Fuentes de contenido

Antes de que se pueda realizar el cálculo de la corriente de falla, se deben identificar todas las posibles fuentes de corriente. Esto puede incluir algunas fuentes de corriente que pueden no haber sido consideradas. Hay cuatro posibles fuentes de corriente de falla de cortocircuito:

• Generadores eléctricos in situ: Están cerca y la corriente de defecto sólo está limitada por la impedancia del propio generador y del circuito eléctrico.
• Motores síncronos: un motor síncrono es un motor de corriente alterna en el que la velocidad del motor es proporcional a la frecuencia de la energía eléctrica. Cuando la energía falla, como ocurrirá si hay un cortocircuito, la inercia de la carga mecánica en el motor continuará girando el motor. El motor actuará entonces como un generador que suministra corriente, y esto contribuirá a la corriente total que fluye hacia la avería.
• Motores de inducción: este tipo de motor también se convertirá en un generador si hay una avería de cortocircuito en algún otro lugar del sistema. Sin embargo, la corriente de fallo generada por un motor de inducción sólo durará unos pocos ciclos. La corriente será aproximadamente igual a la corriente de arranque del rotor bloqueado del motor.
• Sistema de suministro eléctrico: la mayor parte de la corriente de fallo suele proceder del suministro eléctrico. El nivel de la corriente de cortocircuito dependerá de:
• la capacidad de tensión secundaria del transformador y la impedancia
• la impedancia de los generadores
• la impedancia del circuito desde el transformador hasta el cortocircuito.

Para simplificar el cálculo de la corriente de defecto se supone que todos los generadores eléctricos del sistema están en fase, y que funcionan a la tensión nominal del sistema.

Condición trifásica atornillada

Se realiza un estudio de cortocircuito para poder calcular la corriente de defecto. Para ello, normalmente se examina la peor situación posible, que es la condición de falta trifásica atornillada. Basándose en esta situación, se pueden aproximar otras condiciones de fallo.

La contribución de la corriente de fallo de los motores en el sistema es importante. En muchos casos, los motores pueden contribuir con cuatro a seis veces su corriente normal a plena carga. Incluso si la corriente es de muy corta duración, es fundamental que se incluya en el cálculo de la corriente de fallo.

Cuando se realiza un estudio de relámpago de arco, el cálculo de la corriente de fallo debe seguir siendo para la corriente de cortocircuito trifásica más alta atornillada.

Etiquetado de la corriente de fallo

Una vez que se ha calculado la corriente de fallo, deben colocarse en el equipo etiquetas que indiquen la corriente de fallo de cortocircuito disponible. Si se requiere una etiqueta de arco eléctrico, también debe imprimirse y aplicarse en el lugar apropiado. Cada etiqueta requiere información personalizada que proviene del cálculo de la corriente de falla.

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