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Capacidad de los cables en cortocircuito
Durante un cortocircuito, la corriente de defecto que circula (antes de que el dispositivo de protección interrumpa) hace que la temperatura de los cables de alimentación aumente drásticamente. El calor generado en el interior del cable durante un fallo depende del tamaño y el material del conductor, así como de la corriente de fallo y su duración.
Existen límites de temperatura que pueden soportar los cables de alimentación en los que la temperatura límite es la del aislamiento del cable. Los límites de temperatura del aislamiento, que dependen de su tipo de material, son superiores a los límites normales de temperatura de funcionamiento, ya que los fallos sólo se producen durante un breve periodo de tiempo.
Por lo tanto, existe un tamaño mínimo de conductor (de un tipo de cable concreto; las fórmulas contienen cantidades que varían en función de los materiales utilizados en los cables) necesario para soportar una determinada corriente de fallo y el tiempo de fallo asociado. La capacidad de cortocircuito de los conductores principales de los cables de alimentación de baja tensión es un factor importante que debe tenerse en cuenta al dimensionar los cables de alimentación, junto con la capacidad de transporte de corriente y la caída de tensión.
Las siguientes normas exigen que los diseñadores calculen la capacidad de cortocircuito de los conductores de los cables de alimentación: AS/NZS 3008.1, BS 7671 e IEC 60364.
Método adiabático frente a método no adiabático
The non-adiabatic method, on the other hand, assumes an appropriate allowance for heat loss into the insulation during the short circuit, which is applicable for all short-circuit durations. The non-adiabatic short-circuit rating is determined by calculating a modifying factor that takes into account the non-adiabatic heating effect and applying it to the adiabatic short-circuit rating.
In comparison, the non-adiabatic method will provide significant increases in the permissible short-circuit ratings of metallic screens, sheaths, and small conductors < 10 mm2. However, the non-adiabatic method is more complicated and in practice for the usual range of power cable conductors, there will be less than a 5 % difference in the short-circuit rating obtained using the adiabatic method.
In general, when the ratio of the conductor size to short-circuit duration is > 10 (mm2/s) the increase in short-circuit rating is negligible and the adiabatic method can be used.
Cálculo del área mínima de la sección transversal para soportar la corriente de cortocircuito
Dónde
I es la corriente de cortocircuito (r.m.s. sobre duración), en amperios.
t es la duración del cortocircuito, en segundos.
K es la constante que depende del material del componente conductor de corriente, de la temperatura inicial y de la temperatura final del componente conductor de corriente.
S es el área de la sección transversal del componente conductor de corriente, en milímetros cuadrados.
Cálculo del factor K
The K factor is calculated from the formula below:
\(K = \sqrt{\frac{Q_c(\beta+20)}{\rho_{20}}\ln\frac{\beta+\theta_f}{\beta+\theta_i}}\)
Límites de temperatura de cortocircuito para cables
Corriente de cortocircuito y duración
Según la norma australiana AS/NZS 3000, la corriente de cortocircuito en cualquier punto de un circuito debe interrumpirse antes de que la temperatura de los conductores alcance el límite permitido. Dado que es conservador utilizar en el cálculo la corriente de cortocircuito en el inicio del cable.
Por otra parte, en la norma británica BS 7671:2018, la corriente de cortocircuito debe ser la corriente de defecto efectiva como valor eficaz, donde se tiene debidamente en cuenta el efecto limitador de corriente de las impedancias del circuito. Por lo tanto, puede utilizarse la corriente de cortocircuito en el extremo del cable.
Referencias:
BS 7671 - 18ª edición Normas de cableado IET
IEC 60364-5-54 Instalaciones eléctricas de edificios - Parte 5-54: Selección y montaje de equipos eléctricos - Disposiciones de puesta a tierra, conductores de protección y conductores de puesta a tierra de protección
IEC 60364-4-43 Instalaciones eléctricas de baja tensión: Protección contra sobreintensidades.
