El procedimiento consiste en identificar el número de buses en el diagrama unifilar del sistema bajo análisis, se expresa las reactancias en el sistema en por unidad refiriendo los valores a una unidad base, se reduce a una única impedancia equivalente por el método del equivalente de Thévenin, se elabora el diagrama de secuencias positivas, negativa y cero del sistema eléctrico bajo estudio; posteriormente se expresan los valores de reactancia en sus valores equivalentes de admitancia, se construye la matriz de admitancias a partir del diagrama de secuencia positiva, finalmente se invierte la matriz de admitancias, empleando cualquier modelo matemático y con el valor obtenido de impedancia equivalente en el punto de falla se calculan los valores de corriente y potencia de cortocircuito.

Cálculo ANSI VS IEC

Se han desarrollado directrices y normas para el análisis de cortocircuito. Estos estándares generalmente apuntan a producir consistencia y repetibilidad de resultados que son lo suficientemente precisos para su objetivo. Dos estándares ampliamente utilizados son el International Electro-technical Commission (IEC) 60909-0:2001 y American Institute for Electrical and Electronics Engineers (IEEE) C37.010:1999.

Estándar IEC 60909-0

Establece un procedimiento general, práctico y conciso, que conduce a resultados que generalmente son de precisión aceptable. Está basado en el teorema de Thévenin que consiste en calcular una fuente de tensión equivalente en el punto de cortocircuito para, seguidamente, determinar la corriente en el mismo punto. El estándar es aplicable en sistemas de baja y alta tensión hasta 550 kV y una frecuencia nominal de 50 o 60 Hz. Este método de cálculo permite hallar las corrientes máximas y mínimas.

El procedimiento descrito por el estándar consiste en los siguientes pasos:

1. Definir el tipo de falla.
2. Cálculo de la tensión equivalente en el punto de falla.
3. Determinación y suma de las impedancias equivalentes, directas, inversas y homopolares, aguas arriba del punto de falla.
4. Cálculo de la corriente de cortocircuito inicial con ayuda de las componentes simétricas.
5.  A partir del valor de Icc inicial (𝐼_k^′′). Se calculan otras magnitudes como Icc de cresta o pico (Ip), Icc permanente (𝐼_k) o incluso, Icc permanente máxima._k) o incluso, Icc permanente máxima.

El estándar IEC 60909 tienen en consideración la distancia y ubicación que tiene la falla con respecto a los generadores síncronos y de igual manera el tipo de configuración que guardan las fuentes del cortocircuito con respecto al punto donde se presenta la falla.

Se introduce un factor “C” de la tensión equivalente en el punto de falla, el cual es necesario para tener en cuenta:

• Las variaciones de tensión en el espacio y en el tiempo.
• Los cambios eventuales en las conexiones de los transformadores.
• El componente subtransitorio de los alternadores y de los motores.

Estándar IEEE C37.010 y C37.013

El estándar IEEE C37.010es aplicable a interruptores automáticos de alta tensión por encima de 1 kV para uso en servicios públicos, industriales y sistemas de energía comercial que operan a una frecuencia nominal de 60 Hz, mientras que el estándar IEEE C37.013 es aplicable para interruptores menores a 1 kV.

Presenta un método simplificado E/X, también llamado “Método corregido de E/X con decrementos AC y CC” el cual provee un planteamiento preciso para la aplicación de interruptores de alto voltaje con base a valores simétricos. Determina un procedimiento para la aplicación de factores de multiplicación a los cálculos de E/X, de donde “E” es el voltaje típico de pre-falla (1 p.u.) y “X” es la reactancia equivalente vista desde el punto de falla.

La norma recomienda seguir una serie de pasos que se pueden resumir en lo siguiente:

1. Construcción del diagrama de impedancias.
2. Determinación del voltaje de pre-falla. En general se asume E = 1 p.u.
3. Determinación de la red de reactancias dentro de los regímenes momentáneos y de interrupción. Las reactancias de interrupción se corrigen aplicando factores de multiplicación adecuados dados por la norma y permiten construir la red de secuencia positiva, negativa y cero.
4. Determinación de la red de resistencias de interrupción de secuencia positiva, negativa y cero, a partir del diagrama unifilar. Las resistencias son modificadas por los mismos factores de multiplicación aplicados a reactancias.
5. Reducción de las redes de secuencia a reactancias y resistencias equivalentes desde el punto de vista de la falla.
6. Cálculo de corrientes de cortocircuito para las redes de interrupción momentánea, en la barra bajo falla.

El estándar indica que la selección del interruptor será apropiada si la corriente de cortocircuito calculada multiplicada por el factor de 1.6 no excede la corriente momentánea del interruptor, es decir, se compara con la corriente de cortocircuito asimétrica.

Comparativa del estándar IEEE e IEC

La norma IEEE para los cálculos de corrientes simétricas de interrupción, especifica factores multiplicadores para las reactancias subtransitorias y transitorias de las máquinas rotativas. Estos multiplicadores están en función del tipo de esfuerzo, teniendo en cuenta el tiempo transcurrido desde el inicio de la falla, el tamaño de las máquinas, y la velocidad, también son independientes de la proximidad de las máquinas al punto de falla y del tiempo de accionamiento de los interruptores.

La norma IEC no recomienda factores multiplicadores de ajuste para las reactancias de carga rotatoria. El decaimiento AC es modelado considerando el tipo de máquina, el tamaño y la velocidad, el tiempo de accionamiento de los interruptores y la proximidad de las máquinas al punto de falla. El procedimiento de la IEC no se basa en curvas para modelar el decremento AC para generadores.

La Norma IEEE clasifica la falla como “local” o “remota”, del generador a la falla. En cambio, el IEC clasifica las fallas como “cercana” o “lejana” al generador (factor que influye en el decremento AC). En la IEC, el concepto de falla “cercana” o “lejana” es muy importante en la modelación de máquinas para el cálculo de corriente de falla de ruptura y en estado permanente, dado que se simplifican los cálculos.

Evaluación de las corrientes de cortocircuito

La selección apropiada de los equipos y dispositivos de protección dependerá de la corriente que fluye inmediatamente después de que el cortocircuito ocurre y de la corriente que el interruptor debe interrumpir. En el análisis de cortocircuito se calculan los valores de estas dos corrientes para la falla en varios puntos del sistema. Con base en estos cálculos se determinan los valores de operación de los relevadores que controlan a los interruptores.

Los valores que el fabricante especifica en las corrientes son:

• Icu: Poder de corte último, es la corriente máxima de cortocircuito que va a soportar durante los ciclos o tiempo de apertura nominal del dispositivo.
• Ics: Poder de corte de servicio, es la corriente que se puede interrumpir varias veces sin dañar la operación normal del dispositivo, se expresa en porcentaje de Icu.
• Icw: Corriente de corta duración admisible, es el valor de la corriente de cortocircuito que un dispositivo de protección es capaz de resistir durante un periodo definido sin alterar sus características.
• Icm: Poder de cierre asignado bajo cortocircuito, es la cresta máxima de la corriente de cortocircuito, deben de analizarse con los valores de la corriente de cortocircuito durante la falla (ver figura 10).