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Introducción
El objetivo de este artículo es proporcionar una mejor comprensión de la impedancia de bucle de defecto, también denominada impedancia de bucle de defecto a tierra, de modo que se cumplan los requisitos de las normas de cableado AS/NZS 3000 en materia de seguridad, diseño, instalación y comprobación de instalaciones eléctricas.
Puede calcular la Impedancia de Bucle de Fallo a mano o mediante software. El software Cable Pro Web puede calcular con precisión la Impedancia de Bucle de Fallo.
Este documento proporciona:
- Los fundamentos teóricos de la impedancia de bucle de fallo, que permitirán una mejor comprensión a quienes deban realizar los diseños y cálculos.
- Una guía práctica para realizar los procesos y procedimientos para cumplir los requisitos de la norma australiana y neozelandesa AS/NZS 3000:2018.
- Información sobre cómo el software Cable Pro Web utiliza la impedancia del bucle de defecto para calcular el tamaño del cable de tierra.
Antecedentes teóricos de la impedancia del bucle de fallo
El bucle de defecto a tierra en un sistema MEN consta de los siguientes componentes:
- El conductor de puesta a tierra de protección (PE), que incluye el terminal/la conexión o la barra de puesta a tierra principal y la conexión MEN.
- Vía de retorno del neutro constituida por el conductor neutro (N) entre el borne neutro principal y el punto neutro del transformador.
- La trayectoria a través del devanado del transformador.
- El conductor activo (A) hasta el punto de la avería.
Normalmente se considera que el bucle de defecto a tierra consta de las dos partes siguientes:
- Conductores aguas arriba o "externos" al punto de referencia.
- Conductores aguas abajo o "internos" al circuito desde el punto de referencia.
La figura 2 muestra el bucle de defecto a tierra para un cortocircuito activo a tierra. En el instante de la falta, la corriente fluirá a través del bucle de falta a tierra con su magnitud de corriente limitada por la impedancia total del camino (Zs) que se obtiene de la suma de impedancias de los elementos individuales.
Requisitos de las normas australianas
AS/NZS 3000 Wiring Rules se aplica en toda Australia y Nueva Zelanda y es referencia total o parcial en la legislación de todos los estados de Australia y Nueva Zelanda. Por lo tanto, el diseño y la instalación de todos los circuitos eléctricos en estas regiones deben cumplir los requisitos mínimos de esta Norma.
Un requisito básico de seguridad establecido en la norma AS/NZS 3000 es la protección de las personas contra el "contacto indirecto" con partes bajo tensión. La desconexión automática de la fuente de alimentación es la forma más habitual de cumplir este requisito. Sin embargo, hay algo más.
Para cumplir con las normas de cableado, cada circuito de una instalación eléctrica debe estar diseñado de tal forma que se produzca la desconexión automática de la alimentación eléctrica en un tiempo especificado cuando se produzca un cortocircuito de impedancia despreciable entre el conductor activo y el conductor de tierra de protección u otra parte conductora expuesta en cualquier punto de la instalación eléctrica.
Para cumplir este requisito de AS/NZS 3000 cuando se produce un fallo activo a tierra, y esto es lo importante, la impedancia total de la ruta del bucle de fallo (que consiste en todos los conductores, conexiones y contactos, así como los devanados del transformador) debe ser lo suficientemente baja como para permitir que fluya la corriente suficiente para garantizar que el dispositivo de protección funcione dentro del tiempo especificado.
Por lo tanto, se debe obtener la impedancia total real del bucle de defecto a tierra (Zs) y la impedancia máxima permitida del bucle de defecto Zmax.
Cálculo de la impedancia real del bucle de defecto (Zs)
La impedancia total del bucle de defecto a tierra (Zs) es aproximadamente igual a la suma de las impedancias de todos los componentes del circuito en la trayectoria de la corriente de impedancia del bucle de defecto que se muestra en la Figura 2.
Es decir, la impedancia total del bucle de defecto es igual a:
La impedancia interna (Zint) se calcula como:
Un método preciso que utiliza Cable Pro para determinar la impedancia de los conductores en la trayectoria del bucle de defecto a tierra es utilizar los datos de resistencia y reactancia que figuran en AS/NZS 3008.1 - Instalaciones eléctricas - Selección de cables.
Para calcular la impedancia externa (Zext) se utiliza la regla de AS/NZS 3000 de que al menos el 80 % de la tensión de fase nominal estará disponible en la posición del dispositivo de protección.
Cálculo de la impedancia máxima permitida del bucle de defecto (Zmáx)
La impedancia real del bucle de defecto (Zs) debe ser inferior a la máxima permitida para garantizar el disparo del dispositivo de protección del circuito durante un defecto.
La impedancia máxima permitida del bucle de defecto (Zmax) se calcula en función de la potencia nominal del dispositivo de protección de la siguiente manera:
Dónde
Uo = Tensión nominal de fase.
Ia = Corriente que garantiza el funcionamiento automático del dispositivo de protección.
Zmax = Impedancia máxima del bucle de defecto a tierra.
Ia para el disyuntor es la corriente media de disparo como sigue:
- Tipo B = 4 (típico) × corriente nominal
- Tipo C = 7,5 (típico) × corriente nominal
- Tipo D = 12,5 (típico) × corriente nominal
- Ia para fusibles son valores medios apropiados de AS 60269.1.
Tenga en cuenta que el valor real del multiplicador de disparo puede variar y que en el software Cable Pro este valor se cambia para que coincida con el ajuste real del dispositivo de protección.
El valor de la impedancia máxima del bucle de defecto a tierra (Zmax) con respecto a la impedancia total real (Zs) puede utilizarse para determinar el tamaño adecuado del cable de tierra (se explica más adelante).
Cómo calcular el tamaño del cable de tierra
El tamaño del cable de tierra debe ser suficiente para garantizar:
- Impedancia adecuada del bucle de defecto a tierra (Zs).
- Capacidad de corriente adecuada para las corrientes de defecto a tierra previstas durante un tiempo al menos igual al tiempo de disparo de la protección del circuito asociado (ecuación adiabática).
- Resistencia mecánica adecuada.
La selección del tamaño del cable de tierra se determina a partir de:
(a) Tabla 5.1 en AS/NZS 3000:2018 que proporciona tamaños conservadores de cables de tierra con relación al mayor tamaño de cable activo (o suma cuando hay circuitos paralelos).
(b) Por cálculo: para ello es necesario conocer los detalles del dispositivo de protección. Al calcular el tamaño del cable de tierra,debe garantizarse unaimpedancia de bucle de defecto a tierra adecuada.
