CONCEPTO SOBRE EL CÁLCULO DE LA CORRIENTE DE DISEÑO PARA MALLAS DE PUESTA A TIERRA
Una de las prácticas más comunes para el cálculo de la corriente de diseño de mallas de puesta a tierra en subestaciones a 11.4, 13.2, 13.8 y 34.5 kV es tomar un determinado porcentaje de la corriente asimétrica monofásica entregada por el Operador de la Red (por ejemplo, un 60%), sin embargo, esto no es lo más adecuado porque no se está tomando en cuenta el valor de la resistencia de puesta a tierra de la malla diseñada.
Miremos el siguiente ejemplo con valores reales entregados por un Operador de la Red (OR) en el punto de conexión para el cálculo de la corriente de diseño de una malla de puesta a tierra:
Nivel de tensión: 11.4 kV
Corriente trifásica simétrica: 4198 A:
Corriente monofásica simétrica: 3911 A.
Corriente asimétrica trifásica: 4593 A.
Corriente asimétrica monofásica: 4197 A.
X(+)/R(+): 1.1620
X(0)/R(0): 1.0285
Los anteriores valores de corrientes de corto circuito entregadas por ese OR son asumiendo resistencia de falla igual a “cero”, ahora si se asume la corriente de diseño igual al 60% de la corriente asimétrica monofásica, entonces esta sería de 2518.2 A. independiente del valor de la resistencia de puesta a tierra de la malla diseñada y del tiempo de duración de la falla.
Ahora a partir de los datos anteriores miremos tres casos de la corriente de falla simétrica monofásica que se inyectaría a tierra (en caso de una falla a tierra en redes sin neutro en media tensión) y con la cual se calcula la corriente de diseño de las mallas de puesta a tierra teniendo en cuenta diferentes resistencias de la malla:
R= 1 Ω IFalla: 2647.76 A.
R= 5 Ω IFalla: 1046.38 A.
R= 10 Ω IFalla: 585.61 A.
Ahora, la corriente de diseño se calcula a partir de la corriente de falla simétrica monofásica (no la asimétrica) que incluye en su cálculo la resistencia de la malla, multiplicada por un factor de decremento (que es mayor a 1 para compensar el pico inicial de la asimetría) y por un factor de crecimiento futuro (para tener presente futuras repotenciaciones de la subestación del OR).
Con base en el párrafo anterior y asumiendo un tiempo de duración de la falla de 500 ms (pues debe incluir el tiempo de actuación de las protecciones secundarias, es decir, las de respaldo), la corriente de diseño para los tres del ejemplo serían las siguientes:
R= 1 Ω IDiseño: 3096.8 A.
R= 5 Ω IDiseño: 1288.3 A.
R= 10 Ω IDiseño: 721 A.
Por lo tanto, no es correcto utilizar el criterio del 60% de la corriente monofásica asimétrica para utilizarlo como la corriente de diseño de una malla de puesta a tierra, pues desconoce el efecto de la resistencia de puesta a tierra de la malla y del tiempo de duración de la falla.
Para más información consultar lo indicado en los numerales 15.2 b) y 15.2 c) del RETIE sobre DISEÑO DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA, 7.1.5 (Cálculo de la corriente inyectada a la malla) de la NTC 6307 de 2018 “SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA (SPT)” y lo establecido en el numeral 15.1 (Determination of maximum grid current definitions) de la ANSI/IEEE Std 80 de 2013 “Guide for Safety in AC Substation Grounding”, adicionalmente para el cálculo de la corriente de falla a tierra se aplica lo establecido en la IEC 60909-0 “Short-circuit currents in three-phase a.c. systems - Part 0: Calculation of currents”.
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Escrito por:
ING. CARLOS ALBERTO CÁRDENAS AGUDELO
ESPECIALISTA EN GERENCIA DE MANTENIMIENTO
DIRECTOR DIVISIÓN TÉCNICA HIDROCOL
carlos.cardenas@hidrosolta.com