Cálculo de corriente de cortocircuito: nivel de falla, resistencia y protección

La corriente de cortocircuito es la que circula cuando un conductor activo toca otro conductor o tierra a través de una impedancia cercana a cero. En los bornes de un transformador de distribución se calcula con su potencia y su tensión de cortocircuito: Icc = S / (√3 × U × u_k). Un transformador de 1000 kVA a 400 V con 6 % de impedancia entrega por tanto unos 24 kA en falla franca — y cada aparato y conductor aguas abajo debe soportar esa cifra.

De dónde viene la corriente de falla

La corriente de falla queda limitada por la impedancia entre la fuente y el punto de falla. En baja tensión esa cadena tiene cuatro partes: la red aguas arriba, el transformador, la barra o el cable y las unión es del recorrido. El transformador domina, porque su impedancia se fija deliberadamente en unos pocos por ciento para que la tensión se mantenga con carga. La impedancia del cable solo resulta significativa en recorridos largos o secciones pequeñas.

Los motores suman al total. Un motor de inducción en marcha se comporta brevemente como generador y aporta corriente a una falla cercana, normalmente varias veces su corriente nominal durante los primeros ciclos. En un tablero con carga motriz importante, ignorar ese aporte subestima el nivel de falla en la barra.

El cálculo para un tablero alimentado por transformador

La forma corta supone que el transformador es la única impedancia significativa. Con S en voltamperios, U en voltios y u_k en valor por unidad:

Icc (trifásica) = S / (√3 × U × u_k)    y    la Icc de fase a neutro suele ser menor, porque depende de la conexión del transformador y del camino de secuencia cero.

Para 1000 kVA a 400 V con u_k = 0,06: Icc = 1.000.000 / (1,732 × 400 × 0,06) = 24.056 A, es decir unos 24 kA. Esa sola cifra fija la capacidad de corte del aparato de entrada y la resistencia de la barra.

La tensión de cortocircuito figura en la placa del transformador y no siempre es 6 %. Un transformador de 4 % de la misma potencia produce cerca de 50 % más corriente de falla: copiar la cifra de otro proyecto es la forma más común de quedarse corto en un tablero.

Valor eficaz, cresta y para qué sirve cada uno

El valor calculado arriba es la corriente eficaz simétrica. Es el que se usa para elegir la capacidad de corte, porque el aparato debe interrumpir esa corriente en el cruce por cero de la tensión. Pero la primera cresta es mayor, por la componente asimétrica de continua presente en los primeros ciclos.

En baja tensión la cresta se aproxima habitualmente como 2,55 veces el valor eficaz, lo que corresponde a un factor de cresta de aproximadamente 1,8. Una falla de 24 kA presenta entonces una primera cresta cercana a 61 kA. Aparamenta, soportes de barra y portafusibles deben soportar esa cresta sin deformarse, aunque nunca tengan que interrumpirla.

• Icu / capacidad de corte — corriente eficaz que un aparato puede interrumpir con seguridad. Debe superar la corriente de falla presunta en sus bornes.
• Icw — corriente admisible de corta duración, que la barra o el tablero soporta durante un tiempo declarado (normalmente 1 s) sin daño. Aplica a barras y tableros, no a fusibles.
• Ipk — resistencia de cresta. El ensayo mecánico: ¿resisten soportes y unión es el esfuerzo electromagnético de la primera cresta?

La verificación térmica de cable y barra

Un conductor no tiene que interrumpir la falla, pero debe sobrevivir las pocas décimas de segundo previas al disparo de la protección. La comprobación adiabática compara la energía dejada pasar con la que el conductor puede absorber: k²S² ≥ I²t, donde S es la sección en mm², t el tiempo de despeje en segundos y k una constante de material y aislamiento — alrededor de 115 para cobre con aislamiento PVC y 143 para cobre con XLPE.

La consecuencia práctica es que una sección pequeña alimentada desde un tablero potente puede fallar esta comprobación aunque cumpla la caída de tensión y la corriente admisible. Con 24 kA y un fusible que despeja en 0,01 s, un conductor de cobre PVC de 10 mm² recibe I²t = 24.000² × 0,01 = 5,76 × 10⁶ A²s frente a una resistencia de 115² × 10² = 1,32 × 10⁶ A²s. El conductor pierde y la sección debe aumentar.

Protección: capacidad de corte y selectividad

Todo dispositivo de protección tiene una capacidad de corte nominal, que debe ser al menos igual a la corriente de falla presunta en su punto de instalación. Un aparato de 6 kA en un tablero con 24 kA no solo es insuficiente: puede reventar, formar un arco a través del envolvente y convertir una falla en un accidente.

Los fusibles resuelven bien este problema porque su capacidad de corte es alta en relación con su tamaño. Un fusible NH de cuchilla, en un portafusible adecuado, interrumpe decenas de kiloamperios en un volumen muy inferior al de un interruptor equivalente. Por eso los fusibles NH siguen siendo la referencia para entradas y salidas principales en tableros industriales, y por eso el portafusible y el fusible deben pedirse como pareja: el conjunto, no el fusible solo, es el que porta la capacidad de corte.

La selectividad es el segundo requisito. El aparato más cercano a la falla debe despejarla primero, para que una falla en un circuito derivado no tumbe la entrada general. La selectividad fusible-fusible se lee en tablas de relaciones publicadas; la coordinación fusible-interruptor suele requerir las curvas del fabricante. Si aún está comparando familias, la comparación entre fusible e interruptor cubre los compromisos, y la guía de selección de fusibles y protecciones detalla calibre, tensión y coordinación.

El nivel de falla en el tablero no es el del extremo del circuito

Una falla de 24 kA en la barra principal puede ser de 6 kA al final de un alimentador de 60 m. De ignorarlo se derivan dos errores. Dimensionar todos los aparatos de la planta para 24 kA cuesta dinero; dimensionarlos todos para 6 kA porque eso es lo que ve el extremo lejano es peligroso. El nivel de falla debe calcularse en cada punto donde se instala un aparato, y el valor más alto dentro del envolvente gobierna el envolvente.

El error inverso también importa. Un circuito terminal largo y de poca sección puede tener una corriente de falla tan baja que la protección no dispare en el tiempo exigido, dejando la falla ardiendo. Por eso se verifica la impedancia máxima del bucle de falla a tierra además de la capacidad de corte: el aparato debe ver la falla, no solo soportarla.

Qué enviar al especificar la protección

1. Tensión y frecuencia del sistema, y si la puesta a tierra es en el transformador o mediante impedancia.
2. Potencia del transformador y tensión de cortocircuito tomadas de la placa — no un 6 % supuesto.
3. Corriente de falla presunta en el punto de instalación, o los datos para calcularla.
4. Si el servicio es solo protección contra sobrecarga o corte de cortocircuito completo.
5. El requisito de selectividad: qué aparato debe despejar primero y con cuál aguas arriba debe coordinarse.
6. Para barras y aparamenta, la Icw y la Ipk requeridas y la duración del ensayo de resistencia.

Productos para servicio de cortocircuito

YOMIN suministra el hardware de protección en el que termina este cálculo, incluido el fusible NH00 de cuchilla en cobre para tableros de baja tensión, el fusible solar NH1 de corriente continua para cadenas fotovoltaicas donde el arco de CC no se extingue solo, y la base portafusible reforzada tipo J de 300 A para acometidas.

Los detalles que deciden si el conjunto mantiene su capacidad de corte son poco vistosos: el portafusible debe estar nominalizado para el cuerpo del fusible y para el nivel de falla, los contactos deben estar limpios y apretados al par prescrito, y la tensión continua de un fusible fotovoltaico debe verificarse por separado de su tensión alterna, porque un arco de continua no tiene cruce por cero que lo extinga.

Preguntas frecuentes

¿Qué corriente de cortocircuito es habitual en un tablero de baja tensión?

Depende directamente del transformador. A 400 V con 6 % de impedancia, un transformador de 630 kVA da unos 15 kA, uno de 1000 kVA unos 24 kA y uno de 2000 kVA unos 48 kA. Lo que fija la cifra es la tensión de cortocircuito de la placa, no la potencia sola.

¿Por qué la cresta es mayor que el valor eficaz calculado?

Porque la corriente de falla arranca con una componente asimétrica de continua que decae en los primeros ciclos. En baja tensión la primera cresta se toma habitualmente como 2,55 veces el valor eficaz, y el equipo debe soportarla mecánicamente.

¿Un fusible necesita capacidad de corte si el interruptor aguas arriba ya la tiene?

Sí. Todo aparato que pueda portar la corriente de falla debe poder interrumpirla o estar protegido por uno que lo haga. Un fusible con capacidad de corte inferior a la corriente presunta puede reventar, y el portafusible forma parte de esa característica.

¿Cómo cambia la longitud del cable la corriente de falla?

Añade impedancia. Duplicar el recorrido reduce aproximadamente a la mitad la corriente de falla en un alimentador largo, por lo que un aparato adecuado en el tablero puede quedar sobredimensionado o no disparar en el extremo. Calcule en cada punto de instalación.