Explicación de la corriente de falla prospectiva: cómo calcular y medir PSCC y PFC.

Los sistemas eléctricos están diseñados para funcionar de forma segura en condiciones normales, pero fallos como cortocircuitos y fallas a tierra pueden provocar corrientes extremadamente altas en cuestión de milisegundos. El nivel de corriente disponible durante una falla se conoce como Corriente de Falla Prospectiva (PFC).

Comprender el PFC (Corrección del Factor de Potencia) y la Corriente de Cortocircuito Prospectiva (CCP) ayuda a electricistas, ingenieros y contratistas a seleccionar dispositivos de protección con capacidades de interrupción adecuadas y a mantener un funcionamiento seguro en todas las instalaciones.

¿Qué es la corriente de falla prospectiva (PFC)?

La corriente de falla prevista es la corriente máxima que podría circular por un circuito eléctrico durante una falla si la impedancia de los dispositivos de protección fuera insignificante. Representa la corriente de falla máxima posible en un punto específico de la instalación.

La PFC está influenciada por varios factores, entre ellos:

Las corrientes de falla más elevadas generalmente se producen más cerca del transformador de suministro, donde la impedancia es menor.

Diferencia entre PFC, PSCC y PEFC

El término PFC se usa a menudo como una descripción general de la corriente de falla disponible, mientras que PSCC y PEFC describen tipos de falla específicos.

Corriente de cortocircuito prospectiva (PSCC)

PSCC se refiere a la corriente de falla entre conductores activos, como por ejemplo:

Las fallas trifásicas suelen producir los valores de corriente de falla más elevados.

Corriente de falla a tierra prospectiva (PEFC)

PEFC se refiere a la corriente que fluye durante una falla entre línea y tierra. Su valor depende en gran medida del sistema de puesta a tierra y de la impedancia del bucle de falla a tierra.

En muchas inspecciones eléctricas, se miden tanto el PSCC como el PEFC, y el valor más alto se registra como el PFC de la instalación.

¿Por qué importa la corriente de falla?

Los dispositivos de protección, como disyuntores, interruptores diferenciales con protección contra sobrecorriente (RCBO), interruptores automáticos de caja moldeada (MCCB) y fusibles, están diseñados para desconectar de forma segura las corrientes de falla antes de que se produzcan daños en una instalación eléctrica.

Si la corriente de falla prevista supera la capacidad de interrupción del dispositivo de protección, el equipo puede fallar durante una condición de falla, lo que podría causar daños graves a los interruptores y aumentar los riesgos de seguridad.

Los cálculos precisos de la corriente de cortocircuito ayudan a los ingenieros y electricistas a seleccionar las capacidades adecuadas de los interruptores, coordinar correctamente los dispositivos de protección, reducir los riesgos de arco eléctrico y verificar que los tiempos de desconexión cumplan con las normas de cableado eléctrico.

Por ejemplo, no se debe instalar un disyuntor magnetotérmico de 6 kA en un circuito donde la corriente de falla medida supere los 6 kA, ya que es posible que el disyuntor no sea capaz de interrumpir la falla de forma segura.

Cómo calcular la corriente de cortocircuito prevista

La fórmula más común utilizada para calcular el PSCC es:

 

Lugar:

Isc =

V Z

La impedancia total incluye:

A medida que disminuye la impedancia, aumenta la corriente de falla.

Ejemplo de cálculo de PSCC

Consideremos un sistema trifásico de 400 V alimentado por un transformador de 500 kVA con una impedancia del 5 %.

Paso 1: Calcular la corriente a plena carga

IFL =

500000 √3 × 400

La corriente a plena carga es de aproximadamente 722 A.

Paso 2: Calcular la corriente de cortocircuito

ISC =

× 722 100 5

La corriente de cortocircuito prevista calculada es de aproximadamente 14.4 kA.

Este valor se compararía posteriormente con la capacidad de interrupción de los dispositivos de protección instalados en el sistema.

Factores que afectan a la PSCC y la PFC

Diversas características de la instalación pueden aumentar o reducir los niveles de corriente de falla.

Tamaño del transformador

Los transformadores de mayor tamaño generalmente generan corrientes de falla más elevadas debido a su menor impedancia. A medida que aumenta la capacidad del transformador, puede circular más corriente durante una falla.

Por ejemplo, los transformadores comerciales e industriales suelen proporcionar corrientes de falla potenciales más altas que los transformadores residenciales más pequeños.

La impedancia del transformador también afecta los niveles de corriente de falla. Una impedancia menor permite una corriente de falla mayor, mientras que una impedancia mayor ayuda a limitarla.

Longitud del cable

Los cables más largos aumentan la impedancia del circuito, lo que reduce la corriente de falla disponible en el punto de falla. A medida que aumenta la longitud del cable, también aumenta la resistencia eléctrica, lo que limita la cantidad de corriente que puede circular durante un cortocircuito o una falla a tierra.

Por este motivo, los circuitos situados más lejos de la fuente de alimentación suelen tener niveles de corriente de cortocircuito potenciales más bajos.

Tamaño del conductor

Los conductores de mayor calibre tienen menor resistencia eléctrica, lo que permite que la corriente de falla fluya más fácilmente a través del circuito. A medida que aumenta el calibre del conductor, disminuye la impedancia del circuito, lo que puede resultar en una mayor corriente de falla potencial.

Los conductores de menor calibre generan mayor resistencia, lo que puede ayudar a limitar los niveles de corriente de falla, pero también puede aumentar la caída de voltaje y la generación de calor en condiciones de carga.

Tipo de falla

Los distintos tipos de fallas eléctricas producen diferentes niveles de corriente de falla. Una falla trifásica suele generar la corriente de falla más alta porque las tres fases se cortocircuitan directamente entre sí con una impedancia mínima en la trayectoria de la falla.

Una falla entre fases generalmente produce un nivel de corriente menor, ya que solo intervienen dos fases. Una falla a tierra suele generar una corriente de falla aún menor, puesto que su magnitud está fuertemente influenciada por la impedancia del circuito de retorno a tierra y la configuración del sistema de puesta a tierra.

Posición de suministro

Las instalaciones ubicadas cerca de subestaciones suelen experimentar valores de PFC más altos debido a la menor impedancia de la red.

Cómo se mide la corriente de falla potencial

En la práctica, los electricistas suelen medir la corrección del factor de potencia (PFC) utilizando un comprobador de instalaciones multifunción (MFT) o un comprobador de bucle específico.

El instrumento aplica brevemente una carga de prueba y calcula la corriente de falla disponible a partir de la impedancia medida.

Medición de PSCC

La PSCC se suele medir entre:

• Línea y neutro
• Línea y línea (sistemas trifásicos)

Medición de PEFC

El PEFC se mide entre:

• Línea y Tierra

Normalmente, la lectura más alta se registra como el valor PFC de la instalación.

Procedimiento típico de prueba de PFC

Una prueba típica de PFC comienza aislando los circuitos posteriores cuando sea necesario para garantizar condiciones de prueba seguras. A continuación, el comprobador se conecta en el origen de la instalación o directamente al cuadro de distribución.

Tras seleccionar el modo de prueba de PFC o de impedancia de bucle en el instrumento, se toman mediciones entre la línea y el neutro para determinar la corriente de cortocircuito prevista (PSCC), y entre la línea y tierra para determinar la corriente de fallo a tierra prevista (PEFC).

Una vez obtenidas ambas lecturas, el valor más alto se suele registrar como la corriente de cortocircuito prevista de la instalación.

Las pruebas PFC se realizan habitualmente en cuadros eléctricos principales, cuadros de distribución, circuitos finales y paneles de distribución comercial para verificar que los dispositivos de protección sean capaces de interrumpir de forma segura las posibles corrientes de fallo.

Problemas de corriente de falla alta y baja

Tanto las corrientes de falla excesivamente altas como las excesivamente bajas pueden generar problemas de protección.

Alto PFC

Los niveles muy elevados de corriente de cortocircuito pueden generar graves riesgos para la seguridad y los equipos en una instalación eléctrica. Si la corriente de cortocircuito supera la capacidad de interrupción de un interruptor automático, este podría no desconectar la corriente de forma segura.

Las altas corrientes de falla también pueden aumentar la energía del arco eléctrico y generar un estrés térmico y mecánico excesivo en los equipos de conmutación y distribución. En estos casos, se requieren dispositivos de protección con una capacidad nominal en kA mayor para gestionar de forma segura las condiciones de falla.

PFC bajo

Una corriente de falla baja también puede causar problemas porque algunos dispositivos de protección pueden no funcionar con la suficiente rapidez para desconectar la falla de forma segura.

Métodos comunes utilizados para reducir la corriente de falla

Cuando los niveles de corriente de falla son demasiado altos, los ingenieros pueden tomar varias medidas para reducir el riesgo y garantizar que el sistema eléctrico siga siendo seguro y cumpla con la normativa.

Una solución común consiste en instalar disyuntores de mayor capacidad que puedan interrumpir de forma segura corrientes de falla elevadas sin causar daños. También se pueden utilizar fusibles limitadores de corriente para reducir la energía máxima de la falla y proteger los equipos conectados.

En algunos casos, los ingenieros aumentan la impedancia del cable seleccionando tramos de cable más largos o conductores más delgados, lo que ayuda a limitar la cantidad de corriente de falla que fluye a través del sistema.

Los ajustes de impedancia del transformador también pueden reducir los niveles potenciales de corriente de falla al restringir la corriente disponible durante una falla. En instalaciones de mayor tamaño, se puede rediseñar el esquema general de distribución para mejorar la gestión de la corriente de falla, optimizar la coordinación de las protecciones y reducir la tensión en los equipos eléctricos.

Selección de PFC y dispositivos de protección

Cada dispositivo de protección tiene una capacidad de rotura nominal, como por ejemplo:

La capacidad nominal del dispositivo debe superar la corriente de cortocircuito máxima prevista en su punto de instalación.

Por ejemplo:

PFC medido	Clasificación mínima del interruptor
4kA	Disyuntor de 6 kA
8kA	Disyuntor de 10 kA
18kA	Disyuntor de 25 kA

Por este motivo, las pruebas de corriente de cortocircuito se realizan normalmente antes de seleccionar o sustituir los interruptores.

Conclusión

Las pruebas de corriente de falla prospectiva (PSCC) forman parte de la verificación eléctrica, la puesta en marcha y el diseño del sistema. Los valores precisos de PSCC y PEFC ayudan a garantizar que los dispositivos de protección puedan desconectar fallas de forma segura y que las instalaciones cumplan con las normas eléctricas.

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