Cortocircuito electrico

Un cortocircuito eléctrico es una conexión casi sin resistencia entre los dos polos de una fuente de voltaje eléctrico , o más generalmente dos puntos del circuito con potenciales normalmente diferentes, a través de los cuales el voltaje entre estas partes cae a un valor cercano a cero. Este término describe tanto la conexión física (sin flujo de corriente) como el evento de flujo de corriente extremo a través de esta conexión tan pronto como esta o la fuente de voltaje se activa.

A diferencia de las conexiones eléctricas, que se utilizan para blindaje o control de campo , una conexión de cortocircuito puede hacer que fluya una corriente alta, que suele ser un múltiplo de la corriente de funcionamiento. Esta alta corriente de cortocircuito es causada por la baja resistencia óhmica (consulte la ley de Ohm ).

Para los denominados deslizadores de cortocircuito en tecnología HF, consulte z. B. Cuchillo ondulado o línea Lecher .

Pantalones cortos intencionales

Las cinco reglas de seguridad para evitar accidentes eléctricos establecen que antes de trabajar en sistemas eléctricos, no solo se deben desconectar los conductores externos , sino que, si es necesario, también se debe establecer un cortocircuito entre los conductores externos, que han sido desconectados de la tensión. y potencial terrestre .

Los dispositivos de puesta a tierra y de cortocircuito móviles y estacionarios se utilizan para trabajos de mantenimiento en aparamenta y líneas aéreas .

  • Los dispositivos móviles de puesta a tierra en sistemas eléctricos incluyen la varilla de puesta a tierra y el látigo de puesta a tierra . Estos se crean tan pronto como los sistemas se apagan y se verifica la ausencia de voltaje. Sin conexión a tierra, las cargas residuales podrían permanecer en las líneas desconectadas o podrían surgir nuevas cargas interferentes (por ejemplo, a través de la inducción magnética de las líneas encendidas que se ejecutan en paralelo), que podrían descargarse a través del cuerpo humano cuando se toca.
  • Entre las instalaciones de cortocircuito constante se incluyen interruptores de puesta a tierra en alimentadores entrantes de equipos de control de media tensión , a menudo en combinación con los interruptores seccionadores que se instalan. Los seccionadores de puesta a tierra en el lado de salida también pueden ser necesarios bajo ciertas condiciones. En lugar del seccionador de puesta a tierra, el operador de la red eléctrica también puede aprobar los denominados “puntos de puesta a tierra fijos” en determinadas condiciones .

Los condensadores grandes ( condensadores de potencia) deben cortocircuitarse durante el almacenamiento y transporte para garantizar que se descarguen y que no supongan un riesgo si se tocan las conexiones, incluso si se especifica un cierto tiempo de descarga según la VDE. No es suficiente descargar un condensador una vez, ya que la absorción dieléctrica permite que nuevas cargas migren del dieléctrico a los electrodos .

Los componentes electrónicos sensibles a ESD ( MOSFET , IGBT , IC ) a menudo se cortocircuitan antes de la instalación para su transporte y manipulación segura a fin de evitar daños por descargas electrostáticas. Las cargas estáticas crean voltajes de varios miles de voltios , que de otro modo destruirían los componentes cuando se descargan.

Cortocircuitos accidentales

Cortocircuito por rama colgante

En caso de cortocircuito entre los polos de una batería o conductores externos vivos, o un conductor externo y neutro de un sistema trifásico , la corriente alcanza su valor máximo, la " corriente de cortocircuito inicial". Esta corriente solo está limitada por la resistencia de la línea y la resistencia interna en  serie de la fuente de voltaje . Por tanto , la corriente de cortocircuito  es:

con el voltaje de la fuente de voltaje  y la suma de todas las impedancias (resistencias efectiva y reactiva) en el camino de la corriente de cortocircuito  . Esta corriente de cortocircuito inicial muy alta solo existe durante unos pocos milisegundos y luego se debilita hasta convertirse en una corriente de cortocircuito permanente. Se puede apagar mediante dispositivos de protección contra sobrecorriente.

Los cortocircuitos son causados ​​principalmente por un aislamiento defectuoso o por una falla de conmutación en los sistemas o circuitos eléctricos. Los cortocircuitos entre todos los conductores externos L1 / L2 / L3 se denominan cortocircuitos trifásicos. Todas las corrientes de cortocircuito se registran mediante dispositivos de protección y los conductores de corriente se desconectan mediante disyuntores o fusibles en miniatura.

En el caso de cables subterráneos , puede resultar difícil localizar el cortocircuito, ya que a menudo es imposible exponer el cable en toda su longitud.

Causas y tipos

Un cortocircuito puede tener las siguientes causas:

  • Rotura del aislamiento, causada z. B. por envejecimiento
  • Cambios de aislamiento
    • debido a la tensión constante en los materiales de aislamiento de un campo eléctrico elevado , posiblemente con descargas parciales
    • por sobrecalentamiento y posterior ablandamiento o cambios químicos en el aislamiento
    • debido a la influencia del agua (se forman vías de fuga o el material aislante absorbe agua)
    • debido a daños mecánicos en el aislamiento (dispositivos de mano sometidos a grandes esfuerzos, en obras)
  • por error humano ( conmutación defectuosa , objetos conductores, herramientas) en aparamenta y dispositivos eléctricos si no se observan las reglas de seguridad.

Se distingue entre un cortocircuito causado por tocar un cuerpo vivo (contacto con el cuerpo ) y un cortocircuito a través de una resistencia de falla ( resistencia efectiva y reactancia ).

Cortocircuito a baja tensión (12 V / 20 A)

En el caso de un cortocircuito a través de una resistencia de falla, puede ocurrir un arco con un voltaje de arco característico. El arco es altamente no lineal, no limita la corriente y provoca altas temperaturas (5,000 a 15,000 ° C) y voltajes de interferencia. Debido a su efecto térmico e ionizante , otros componentes aislantes pueden resultar dañados.

Dado que el arco se enciende en cada media onda de la corriente alterna después de que el voltaje ha pasado de cero a un voltaje más alto que el que se apaga, provoca un cambio de fase de la corriente como en un control de fase .

En redes trifásicas, puede producirse un cortocircuito tripolar (simétrico), bipolar (entre cada dos de L1, L2 o L3) o unipolar (asimétrico, entre L1 y dispositivos de puesta a tierra).

El "cortocircuito bipolar" es aquel en el que fluye la mayor corriente de cortocircuito en las redes trifásicas, ya que la fuente de tensión trifásica tiene una carga relativamente ligera a pesar del cortocircuito y, por lo tanto, todavía tiene la mayor parte de las reservas de energía. disponible en este cortocircuito. También existen asimetrías que pueden provocar sobretensiones en los otros conductores.

Por lo tanto, el equipo eléctrico (cables de aluminio, seccionadores , disyuntores , transformadores de corriente , también estructuras de hierro de soporte y el conductor de tierra ) debe dimensionarse de acuerdo con la corriente de cortocircuito bipolar máxima que se produce . Se distingue entre fenómenos térmicos (fenómenos térmicos) y corrientes de cortocircuito dinámicas (efectos de fuerza magnética).

Las normas y directrices electrotécnicas para el cálculo de la corriente de cortocircuito para aparamenta eléctrica (alta tensión) se pueden encontrar en la norma VDE 0102.

Tamaño de la corriente de cortocircuito

Una gran corriente de cortocircuito solo puede surgir si ya no existe ninguna resistencia real o reactiva entre la conexión. Si la resistencia entre los conductores activos sigue siendo muy baja, esto se denomina proceso "similar a un cortocircuito".

Ejemplo: entre el conductor exterior (por ejemplo, L1) y el conductor neutro (N), 230 V conducen la corriente de falla contra el potencial de tierra porque el conductor neutro que representa el polo opuesto está conectado a tierra; 400 V impulsan la corriente de cortocircuito entre dos conductores externos (por ejemplo, L1 y L2), ya que el desplazamiento de fase de 120 ° da como resultado un valor efectivo más alto (ver corriente alterna trifásica ).

Esta corriente de cortocircuito se genera durante la duración del cortocircuito,  entre otras cosas, a través de la resistencia interna de la fuente de tensión (en la práctica, el devanado secundario del transformador de la red local aguas arriba ), a través de la resistencia del arco en el punto de cortocircuito. , la resistencia de falla en el punto de cortocircuito y las resistencias de los conductores (resistencia activa y reactiva) de los conductores de ida y vuelta, determinadas o limitadas.  

Por tanto, la corriente de cortocircuito máxima esperada depende de la resistencia interna o de la impedancia de red de la red eléctrica y de su tensión nominal. La protección de sobrecarga (por ejemplo, como disyuntores , disyuntores en miniatura , fusibles ) esta corriente debe poder desconectarse. La corriente de las redes de instalación domésticas suele rondar los 500 a 3000 A.

Consecuencias y contramedidas

Consecuencias de un cortocircuito (cortocircuito a tierra debido a los cubiertos) en el elemento calefactor de una tostadora

Si no se limita la corriente de cortocircuito o la corriente de defecto similar a un cortocircuito, se pueden producir daños por sobrecalentamiento (daños adicionales en el aislamiento, incendios ) en el curso de las líneas o cables o de los componentes de la aparamenta eléctrica si estos no están protegidos por fusibles no adaptados a la sección transversal del cable .

En casos extremos, los cables afectados por el cortocircuito pueden evaporarse repentinamente y provocar un arco. Si se produce un arco, surgen más peligros por el calor radiante, las salpicaduras de metal y la onda de presión. Las aparamentas modernas de media tensión están equipadas con trampillas de alivio de presión que desconectan el disyuntor del alimentador mediante un contacto.

Para evitar las consecuencias de los cortocircuitos, en las redes de baja tensión se utilizan los denominados disyuntores en miniatura y fusibles de diversas características . Los fusibles deben "quemarse" cuando se produce una alta corriente de cortocircuito y desconectar el punto de cortocircuito del resto de la red de suministro lo más rápido posible . La desconexión se debe hacer en función del sistema muy rápidamente (máximo en 1 / 10 -Sekundenbereich) dependiendo de las características de la gama de aplicación (instalación de los hogares, la protección de la electrónica, la protección de control, etc.) son diferentes a los efectos de la caída de tensión y la corriente de cortocircuito se mantenga baja.

En las redes de alta y media tensión, la red de relés de protección se utilizan, que puede detectar un fallo y su ubicación en la base de las mediciones y de corriente y tensión apagar las partes correspondientes de la red por medio de un circuito de interruptor. El llamado reenganche automático  (AWE) se utiliza para líneas aéreas , ya que una "caída de rama" a corto plazo no debería provocar una parada. En caso de disparo, los disyuntores se vuelven a conectar después de aproximadamente 250 ms (breve interrupción); Si el error persiste, el disyuntor finalmente cambia a la posición de APAGADO: AR exitoso - el error desapareció, AR no exitoso - el error aún existe. Las subestaciones eléctricas ferroviarias también suelen realizar una o más reconexiones automáticas unos segundos después de una parada por cortocircuito, para permitir que el tramo correspondiente continúe funcionando en caso de determinadas fallas (arcos eléctricos provocados por rayos o pájaros).

La resistencia mecánica, p. Ej. B. de barras colectoras expuestas debe medirse en redes de voltaje CA de acuerdo con la corriente de impulso de cortocircuito más grande que se presente. Este aumento de corriente a corto plazo está vinculado a la corriente alterna de cortocircuito inicial a través del factor de aumento κ. El factor κ está en el rango de 1 a 2 y está determinado por las resistencias y reactancias efectivas en la ruta de cortocircuito. Las cargas mecánicas muestran un comportamiento dinámico debido a la frecuencia de la red.

En los cortocircuitos cerca del generador se producen fuerzas especialmente elevadas que provocan daños mecánicos o, en el caso de transformadores llenos de aceite, incendios de transformadores que son difíciles o imposibles de extinguir. Por lo tanto, los transformadores de potencia a menudo se instalan al aire libre y están separados del entorno por muros de hormigón adecuados.

Fuerza de cortocircuito

Los transformadores para convertir el nivel de la tensión de red (230 V) en una tensión de protección muy baja por debajo de 50 V pueden diseñarse de modo que el núcleo magnético tenga un flujo de fuga suficientemente grande para limitar la corriente del lado primario en caso de un secundario. cortocircuito lateral. Un principio similar se aplica a los transformadores de soldadura , que están en cortocircuito en el lado secundario por razones operativas.

Las aplicaciones típicas son los transformadores de campana y los transformadores de juguete pequeños, que están diseñados formalmente como condicionalmente a prueba de cortocircuitos de acuerdo con VDE 0551 y EN 60742. El flujo de corriente primaria también debe limitarse al menos para proteger contra cortocircuitos en las líneas de suministro. Por lo general, se proporciona protección adicional mediante un dispositivo de protección térmica que separa el flujo de corriente primaria cuando se excede una temperatura central hasta que se enfría.

Cortocircuito en las entradas y salidas de dispositivos electrónicos.

Para verificar un dispositivo electrónico para determinar si hay interferencia en la entrada de un dispositivo, a menudo es útil "cortocircuitar" las entradas (entradas NF, toma de antena). Ésta es "jerga técnica". La expresión más correcta es que las entradas deben estar puenteadas, porque no fluirá corriente, pero las señales de interferencia de interferencia se desvían a tierra. De esta forma se puede aislar la fuente de la perturbación.

Por otro lado, normalmente no es posible cortocircuitar una salida (por ejemplo, conexión de altavoz de un amplificador , conexión de antena de un transmisor ) sin dañarla . Estos cortocircuitos no suponen ningún peligro, pero suelen provocar una sobrecarga y la destrucción de las etapas de salida o de los componentes individuales ( transistores , etc.).

Por lo tanto, las salidas del amplificador a menudo están protegidas por varios circuitos de protección que apagan el amplificador en caso de un cortocircuito. Otra posible medida de protección puede ser un transformador de salida que esté dimensionado de manera que en caso de cortocircuito en el devanado secundario al que está conectada la carga, no se exceda la corriente de salida máxima permitida.

Cortocircuito de acumuladores

Los acumuladores pueden, según su tipo, generar corrientes de cortocircuito considerables, que no solo pueden dañar o destruir los acumuladores, sino también causar daños materiales y lesiones personales.

Las baterías de arranque de los automóviles ( acumuladores de plomo ) pueden entregar más de 1000 A, por ejemplo, lo que puede provocar incendios de cables en caso de un cortocircuito , una causa común de incendios en accidentes automovilísticos. Si se produce un cortocircuito al trabajar en los terminales de los polos de la batería de arranque debido a una herramienta conductora o una joya (correa o anillo de metal), esto puede provocar quemaduras y / o salpicaduras de metal. Por lo tanto, se aplica la regla de que la conexión a tierra (-) siempre debe aflojarse primero y conectarse en último lugar.

En sistemas de baterías redundantes y desacoplados por diodos con una tensión de CC de 220 V, existe un cortocircuito intencionado en caso de un defecto doble: En caso de un defecto a tierra (-) en la batería 1 y un defecto a tierra (+) en la batería 2, o viceversa, se genera una tensión inadmisiblemente alta (debido a la conexión en serie de ambas baterías causada por fallas a tierra: máx. U1 + U2 = 440 V). Con una conexión rígida de ambos polos (-), estas dos fallas provocan un cortocircuito a tierra y, por lo tanto, un dispositivo de protección contra sobrecorriente aguas arriba se apaga de manera segura. Esto evita la sobrecarga debida a un aumento inadmisible de voltaje en el consumidor.

Corriente alterna de cortocircuito inicial subtransitoria

La corriente alterna de cortocircuito inicial subtransitoria  es un término de la ingeniería eléctrica . Esta es una variable puramente teórica al calcular la corriente de cortocircuito. Denota el valor efectivo de la componente de corriente alterna de la corriente de cortocircuito en el momento en que ocurre el cortocircuito. No se utiliza para la evaluación mecánica de los efectos de la corriente en caso de cortocircuito. La corriente alterna de cortocircuito de sobretensión se utiliza para esta consideración.

Sobretensión de corriente de cortocircuito

La sobrecorriente de cortocircuito  es decisiva para evaluar y calcular la resistencia mecánica, en particular de:

  • Bobinados del generador
  • Bobinados de transformador
  • Rutas de cable y línea
  • Aparamenta eléctrica.

La sobretensión de la corriente de cortocircuito es el valor instantáneo más alto de la corriente alterna después de la ocurrencia del cortocircuito y se especifica como el valor pico.

Con

Sobretensión de corriente de cortocircuito
Factor entre 1.02 y 2 dependiendo de la relación entre la resistencia  y la reactancia de  la ruta de cortocircuito
Corriente alterna de cortocircuito inicial

Los dispositivos de protección, como disyuntores o fusibles, no están diseñados para la sobrecorriente de cortocircuito, sino para la corriente de cortocircuito continua térmicamente eficaz.

Normas

  • DIN EN 60909-0 VDE 0102: 2002-07; Corrientes de cortocircuito en redes trifásicas - cálculo de las corrientes (+ hojas suplementarias 1, 3 y 4)
  • DIN EN 60909-3 VDE 0102-3: 2010-08; Corrientes de cortocircuito en redes trifásicas: corrientes en caso de cortocircuitos a tierra dobles y corrientes de cortocircuito parciales sobre tierra
  • DIN EN 60865-1 VDE 0103: 1994-11; Corrientes de cortocircuito; Cálculo del efecto - términos y método de cálculo (+ suplemento 1)

La sobretensión (otro término)

El opuesto físico y técnico de un cortocircuito es la interrupción eléctrica. Si se interrumpe una fuente de corriente constante , puede producirse una sobretensión sin medidas de protección. En principio, este es el caso cuando hay una inductancia cargada en el circuito . Por tanto, en determinados casos, una interrupción también puede suponer un peligro.

Ver también

literatura

  • Gunter Pistora: VDE serie 118; Cálculo de corrientes de cortocircuito y caídas de tensión, dispositivos de protección contra sobrecorriente, selectividad, protección en caso de cortocircuito, cálculos para la práctica con CALCKUS (con CD-ROM) . 2ª Edición. VDE Verlag GmbH, Berlín - Offenbach 2009, ISBN 978-3-8007-3136-7 .

enlaces web

Wikcionario: cortocircuito  - explicaciones de significados, orígenes de palabras, sinónimos, traducciones
Commons : Cortocircuito eléctrico  - colección de imágenes, videos y archivos de audio

Evidencia individual

  1. Un seccionador de puesta a tierra es un dispositivo de conmutación mecánico para poner a tierra partes de un circuito que, durante un cierto período de tiempo, generan corrientes eléctricas en condiciones anormales, p. Ej. B. en caso de cortocircuito, resiste, pero no tiene que llevar corriente eléctrica en funcionamiento normal.
  2. Condiciones técnicas de conexión para la conexión a la red de media tensión utilizando el ejemplo de EWE NETZ GmbH ( Memento del 5 de diciembre de 2015 en Internet Archive ) (PDF; 904 kB), consultado el 6 de marzo de 2012
  3. Ubicación de la falla del cable ( recuerdo del 5 de diciembre de 2015 en Internet Archive ) en ekz.ch