EJEMPLO DE CALCULO DE
CORTOCIRCUITO ANSI
Ing. Rolando F.Z.M.
RFZM Books
Área Eléctrica 2009
Ejemplo de Cálculo de Cortocircuito ANSI
Elaboró:
Ing. Rolando F.Z.M.
Área Eléctrica 2009
PUBLICADO POR
RFZM Books
Copyright © RFZM Books 2009
Este libro refleja las opiniones y comentarios del autor con fines de apoyo didáctico en materia de
sistemas eléctricos de potencia industriales. La información en él contenida se ofrece sin ningún tipo
de garantía explícita, implícita o legal. El autor declina toda responsabilidad por los daños
provocados o presuntamente provocados directa o indirectamente por este libro.
INDICE
PROLOGO
CAPITULO I Análisis de Cortocircuito
1.1 Introducción al análisis de cortocircuito
1.2 Corriente de Cortocircuito Total
1.3 Método de Cálculo de Cortocircuito
1.3.1 Preparación del diagrama unifilar
1.3.2 Recolección y conversión de datos de impedancia a pu
1.3.2.1 Selección de los valores de potencia base y voltaje base
1.3.2.2 Conversión a cantidades por unidad (p.u.)
1.3.2.3 Reducción del diagrama de reactancias
1.3.2.4 Calculo de la corriente momentánea de cortocircuito
1.3.2.5 Calculo de la potencia interruptiva de cortocircuito
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
EJEMPLO DE CALCULO DE CORTOCIRCUITO ANSI
EN BUS DE 4.16 KV
CAPITULO I
ANÁLISIS DE CORTOCIRCUITO
[1]
EJEMPLO DE CALCULO DE CORTOCIRCUITO ANSI
EN BUS DE 4.16 KV
1.1 INTRODUCCIÓN AL ANÁLISIS DE CORRIENTE DE CORTOCIRCUITO.
La condición normal de operación de un sistema eléctrico es sin falla, sin
embargo no es posible evitar la presencia de fallas en las instalaciones por
distintas causas, muchas de ellas fuera del control humano. Se debe considerar
que un equipo o sistema en condiciones de falla puede sufrir daños que en
ocasiones son graves por lo que es necesario diseñar las instalaciones en tal forma
que contengan los elementos de protección adecuados considerando los
dispositivos de detección, señalización y transmisión.
La determinación de corriente del cortocircuito en los sistemas de potencia de
distribución es básica e importante como la de corrientes de carga.
En condiciones normales de operación, la carga consume una corriente
proporcional al voltaje aplicado y a la impedancia de la carga. Si se presenta un
cortocircuito, el voltaje se aplica sólo a través de la baja impedancia de los
conductores y del transformador, desde la fuente de voltaje hasta el punto de
cortocircuito, y ya no se le opone la impedancia normal de la carga.
La falla de cortocircuito es una situación indeseable pero que se puede presentar
eventualmente por una sobre tensión por descarga atmosférica, una falla de
aislamiento por envejecimiento prematuro, alguna maniobra errónea, etc. y en
estas condiciones se debe estar en posibilidad de conocer en todos los puntos de
una instalación las magnitudes de las corrientes de cortocircuito.
El análisis de cortocircuito sirve para:
Determinar las características interruptivas de los elementos de desconexión
de las corrientes de cortocircuito como interruptores, fusibles, restauradores
y fusibles de potencia principalmente.
[2]
EJEMPLO DE CALCULO DE CORTOCIRCUITO ANSI
EN BUS DE 4.16 KV
Realizar un estudio para la selección y coordinación de los dispositivos de
protección contra las corrientes de cortocircuito.
Hacer los estudios térmicos y dinámicos debidos a los efectos de las
corrientes de cortocircuito en algunos elementos de las instalaciones como
sistemas de barras, tableros, cables, buses de fase aislada, etc.
Relacionar los efectos del cortocircuito con otros estudios de sistema como
los estudios de estabilidad de las redes eléctricas en sistemas de potencia.
Un dispositivo de protección contra cortocircuito puede definirse como un
dispositivo eléctrico que se instala en un circuito para protegerlo contra daños
ocasionados por un cortocircuito. Esto se logra mediante la interrupción automática
de cualquier corriente que exceda la capacidad contra cortocircuito del dispositivo.
Las fallas por cortocircuito son de fase a fase en sistemas sin conexión a tierra y de
fase a fase así como fase a tierra en sistemas con conexión a tierra.
La protección selectiva coordinada que se usa en los sistemas modernos de
alimentación asegura el aislamiento efectivo de las secciones dañadas de un
sistema, permitiendo que el resto del mismo opere en forma normal.
Cuando
el
equipo
de
protección
contra
cortocircuito
no
se
selecciona
cuidadosamente o cuando se elige en base al ahorro en el costo de la instalación,
se obtiene una protección inadecuada. Si los dispositivos fallan aunque sea una
vez durante su vida útil, entonces toda la inversión que se ha hecho es inútil.
Para disponer de una protección adecuada contra cortocircuito y evitar
accidentes debe tomarse en cuenta lo siguiente:
Se debe determinar con exactitud la corriente de cortocircuito que se puede
presentar, para así poder seleccionar con minuciosidad los dispositivos de
protección contra cortocircuito.
[3]
EJEMPLO DE CALCULO DE CORTOCIRCUITO ANSI
EN BUS DE 4.16 KV
Tener presente el incremento en la carga de la planta y el hecho de que la
capacidad de cortocircuito de los dispositivos interruptores depende de la
magnitud del sistema de alimentación. La selección de los mismos debe
hacerse con miras a un futuro crecimiento; de lo contrario estos dispositivos
interruptores tendrán que reemplazarse cuando se amplíe la planta.
Se deben verificar todos los esfuerzos de los circuitos tales como los de las
barras de distribución. Estos esfuerzos son proporcionales al cuadrado de la
corriente de cortocircuito.
Verificar el calibre de los cables y su capacidad para resistir el calentamiento
en caso de cortocircuito, además del causado por la corriente de la carga
normal.
Verificar todo el sistema de alimentación, desde el punto de suministro de la
energía hasta el último motor.
Solucionar el problema de la determinación de cortocircuito en base a la
ingeniería y no en base a la “buena suerte”.
Si se desea hacer un estudio de cortocircuito para una subestación industrial que
se conectará a un sistema de distribución de 34.5 ó 23 kV sólo se debe preguntar a
la empresa que suministra la energía eléctrica cuales son las potencias de
cortocircuito en el punto de instalación, refiriéndose a la red y circuito a la cual se
conectará, y a partir de esto se desarrolla el análisis de cortocircuito.
Para todo el sistema considerando los niveles de 400, 230 y 115 kV en la
transmisión se debe hacer por computadora digital necesariamente por la magnitud
de la red y la cantidad de elementos que intervienen, a menor nivel también se
pueden realizar por computadora digital.
[4]
EJEMPLO DE CALCULO DE CORTOCIRCUITO ANSI
EN BUS DE 4.16 KV
1.2 CORRIENTE DE CORTOCIRCUITO TOTAL
La magnitud de las corrientes depende de las diversas fuentes que las
generan, elementos de transformación, líneas de transmisión, redes de
distribución, de sus reactancias y las del sistema, así como los elementos de
consumo (cargas) hasta el punto de la falla. Las fuentes de corriente de
cortocircuito son los elementos activos: sistemas de suministro público,
generadores, convertidores síncronos, motores síncronos y de inducción (Fig. 1.1),
y se limitan por elementos pasivos del sistema: impedancias de las líneas de
transmisión, redes de distribución, motores síncronos, motores de inducción,
transformadores, generadores, convertidores síncronos y en general todo tipo de
reactores y resistencias limitadoras.
Sistema de suministro
público
Generador
Turbina
Transformador
reductor
Dispositivo de
distribución
Cortocircuito alimentado
por diferentes fuentes
Punto
de falla
Motor
síncrono
Motor de
inducción
Fig. 1.1 La corriente de cortocircuito que fluye hacia el punto de la falla tiene una aportación de diferentes
fuentes.
[5]
EJEMPLO DE CALCULO DE CORTOCIRCUITO ANSI
EN BUS DE 4.16 KV
El sistema de suministro público proporciona energía generalmente a través
de transformadores reductores al voltaje deseado por el usuario. Aunque algunas
veces se considera a los transformadores como fuentes de corrientes de
cortocircuito, en realidad esto es falso. Los transformadores cambian las
magnitudes de voltaje y corriente pero no los generan.
La corriente de cortocircuito que se proporciona mediante un transformador
depende de la relación de voltaje nominal de su secundario y de su porcentaje de
reactancia que es una medida porcentual de voltaje, no una impedancia. También
depende de la reactancia de los generadores y del sistema hasta las terminales del
transformador, así como de la reactancia que tiene el circuito entre el
transformador y la falla. El por ciento de reactancia de un transformador es el por
ciento del voltaje nominal aplicado al primario del transformador para producir la
corriente nominal total de carga en el secundario con cortocircuito.
La compañía de suministro público proporciona información acerca de su
posible corriente de cortocircuito. Debido a que el sistema de suministro público es
mucho mayor que el sistema del usuario, la disminución de corriente simétrica de
cortocircuito se percibe muy poco o nada durante una falla (Fig. 1.2).
[6]
EJEMPLO DE CALCULO DE CORTOCIRCUITO ANSI
EN BUS DE 4.16 KV
Sistemas de
suministro público
Generador
Inicio de la falla
Motor
Síncrono
Motor de
Inducción
Total de todas
las anteriores
Tiempo ciclos
[7]
EJEMPLO DE CALCULO DE CORTOCIRCUITO ANSI
EN BUS DE 4.16 KV
Fig. 1.2 Disminución de la corriente simétrica de cortocircuito durante una Falla.
Existe una relación con las mediciones de la raíz media cuadrática (rmc) o
valor efectivo de su onda senoidal. Estas ondas de corriente se clasifican en dos
grupos:
Una onda de corriente senoidal simétrica es una corriente alterna en
equilibrio con respecto al eje de la onda (Fig. 1.3).
Envolvente
A
Valor rmc
RMS en el
instante
Línea cero y eje
de la onda
B
t
Envolvente
Fig. 1.3 Una onda senoidal tiene su eje en coincidencia con el eje cero establecido en condiciones normales.
[8]
EJEMPLO DE CALCULO DE CORTOCIRCUITO ANSI
EN BUS DE 4.16 KV
Una onda de corriente senoidal asimétrica es una corriente alterna no equilibrada
con respecto a la línea cero, que en este caso no coincide con el eje de la onda
(Fig. 1.4).
Envolvente
Valor rmc
Eje de
onda
Línea cero
Envolvente
Fig. 1.4 El eje de la onda senoidal asimétrica no coincide con el eje normal cero.
Los generadores del sistema están impulsados por motores primarios, como
turbinas de vapor o gas, motores diesel y ruedas hidráulicas. Cuando se presenta
cortocircuito, la energía primaria impulsa al generador y éste continúa produciendo
voltaje, ya que la excitación del campo se mantiene debido a la rotación del
generador a velocidad normal.
El voltaje generado produce un cortocircuito con una corriente de gran magnitud
que fluye hacia la falla. Solamente la reactancia del generador y la del circuito entre
el generador y el punto de falla limitan este flujo. La reactancia de un generador
cambia con el tiempo después del inicio de falla. La reactancia se compone de los
siguientes valores:
[9]
EJEMPLO DE CALCULO DE CORTOCIRCUITO ANSI
EN BUS DE 4.16 KV
Xd

Reactancia subtransitoria, es la reactancia aparente del estator en el
instante en que se produce el cortocircuito la cual determina ésta corriente
inmediatamente después del inicio de la falla. Este valor dura unos pocos ciclos
después de que ocurre la falla y se incrementa al siguiente valor en
aproximadamente 0.1 seg.

X d Reactancia transitoria, se trata de la reactancia inicial aparente del devanado
del estator si se desprecian los efectos de todos los arrollamientos amortiguadores
y sólo se consideran los efectos del arrollamiento del campo inductor, que dura
aproximadamente 2 seg. y va aumentando hasta alcanzar el valor definitivo.
X d Reactancia síncrona, la cual determina el flujo de corriente después de que
se alcanza una condición de estado estacionario. No es efectiva hasta varios
segundos después de que ocurrió el cortocircuito.
Los generadores tienen una reactancia variable que aumenta en magnitud con el
tiempo. Por consiguiente, la corriente de cortocircuito disminuye exponencialmente
con el tiempo desde un valor inicial alto a un nivel en estado constante más bajo
como se indica en B en la Fig. 1.2 La velocidad de disminución depende de las
constantes del generador. La información proporcionada por el fabricante del
generador incluye los valores mínimos de X d  y X d  .
Los motores síncronos se comportan en forma similar a los generadores síncronos.
Cuando ocurre una falla y el voltaje del sistema se reduce a un valor muy bajo, el
motor síncrono deja de tomar energía del sistema para continuar su rotación y
comienza a disminuir su velocidad, pero la inercia de la carga tiende a evitar que
esta disminución sea muy rápida. De este modo la inercia hace las veces de un
motor primario y dado que la excitación se mantiene, el motor se comporta como
[10]
EJEMPLO DE CALCULO DE CORTOCIRCUITO ANSI
EN BUS DE 4.16 KV
un generador suministrando corriente de cortocircuito durante varios ciclos después
de que ocurre el cortocircuito (Fig. 1.2).
Las reactancias variables se designan de la misma manera que las de un
generador. Sin embargo, los valores de X d  , X d  y X d son diferentes. La magnitud
de la corriente de cortocircuito debida a los motores síncronos también depende de
la capacidad en hp, voltaje nominal y reactancia de los motores, así como de la
reactancia del sistema hasta el punto de falla.
Los motores de inducción aportan corriente de cortocircuito cuando, después de
ocurrir una falla el motor continúa en movimiento debido a la inercia de la carga y el
rotor, y se comporta como un generador. El flujo de campo del motor de inducción
se produce por la inducción del estator. Debido a que este flujo disminuye
rápidamente después de la falla, la aportación del motor de inducción disminuye
también con rapidez y desaparece por completo después de unos pocos ciclos. No
hay aportación de corriente de falla en estado estacionario, y por lo tanto, a los

motores de inducción se les asigna sólo un valor de reactancia subtransitoria, X d .
El valor simétrico inicial de la corriente de cortocircuito es casi igual al del voltaje
total de la corriente de arranque del motor, que tiene un valor entre 600 y 900% de
la corriente de carga normal. La magnitud de la corriente depende de la potencia,
voltaje nominal y la reactancia del motor, así como de la reactancia del sistema
hasta el punto de falla (Fig. 1.2).
La corriente total simétrica de cortocircuito es una combinación de todas las
fuentes de corriente de cortocircuito. El flujo en las máquinas y su aportación de
corriente de falla disminuyen con el tiempo después del inicio de la falla (Fig. 1.2).
[11]
EJEMPLO DE CALCULO DE CORTOCIRCUITO ANSI
EN BUS DE 4.16 KV
1.3 METODO DE CÁLCULO DE CORTOCIRCUITO
En los sistemas industriales se obtiene la máxima corriente de cortocircuito cuando
se produce una falla trifásica. En este tipo de instalaciones las corrientes son
mayores que cuando la falla se produce entre fase y neutro o entre dos fases. En
este caso haremos los cálculos suponiendo que ocurre una falla trifásica.
Existen diferentes métodos para el cálculo de cortocircuito trifásico, dentro de
estos métodos matemáticos se encuentran como ejemplo los siguientes:
El método ANSI
El método IEC
El método por medio de matrices (Zbus)
El método que emplean las computadoras es el la representación del sistema de
potencia como una matriz de impedancias Zbus; actualmente tienen aplicación
práctica en las compañías eléctricas; con esta se pueden resolver todo tipo de
problemas de cortocircuitos, flujos de potencia, etc.
En este caso utilizaremos el método ANSI, y la manipulación por unidad(1), que
es un método de cálculo simplificado y confiable para seleccionar interruptores.
(1) El sistema por unidad no es un método de cálculo de cortocircuito exactamente, es una
manipulación de los datos tal como el sistema de los MVA.
[12]
EJEMPLO DE CALCULO DE CORTOCIRCUITO ANSI
EN BUS DE 4.16 KV
La manipulación por unidad constituye un medio de expresar los números, en tal
forma que se facilite su comparación. Un valor por unidad está dado por:
Por Unidad 
un número real
un número base
La manipulación Por unidad aplicada a cálculos de cortocircuito convierte todas
las diferentes reactancias de un circuito a una relación con base en un número
convenientemente elegido. Este número base es un valor en KVA, como 1,000 ó
10,000 KVA, etc.
Debido a que los sistemas trifásicos balanceados se pueden resolver como
sistemas monofásicos, las bases son los KVA por fase y los KV de línea a línea. De
esta manera podemos calcular los demás parámetros base:
𝐼𝐵𝐴𝑆𝐸 =
𝑍𝐵𝐴𝑆𝐸 =
𝐾𝑉𝐴𝐵𝐴𝑆𝐸
√3𝐾𝑉𝐵𝐴𝑆𝐸
(𝐾𝑉𝐵𝐴𝑆𝐸 )2
1000×𝐾𝑉𝐴𝐵𝐴𝑆𝐸
Es decir, el valor en pu para un valor de KVA trifásico dado en una base trifásica de
KVA, es igual al valor en pu de una base monofásica en KVA sobre KVA
monofásicos.
[13]
EJEMPLO DE CALCULO DE CORTOCIRCUITO ANSI
EN BUS DE 4.16 KV
Calcularemos la corriente de cortocircuito trifásico por el método por unidad,
usando la siguiente metodología:
1. Preparar el Diagrama del Sistema de Potencia.- Un diagrama unifilar del
sistema debe ser preparado para mostrar todas las fuentes de corriente de
cortocircuito y todos los elementos significativos del circuito.
2. Recolección y conversión de datos de impedancia a pu.- Los datos de
impedancia, incluyendo ambas reactancia y resistencia, deberán ser reunidos para
elementos importantes y convertidos a por unidad en la base seleccionada para el
estudio.
Para calcular las reactancias en por unidad se usaran las siguientes fórmulas:
Sistema de Suministro:
𝑅𝑒𝑎𝑐𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑈𝑛𝑖𝑡𝑎𝑟𝑖𝑎 =
𝐾𝑉𝐴𝐵𝐴𝑆𝐸
𝐾𝑉𝐴𝑝𝑜𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑟𝑡𝑜𝑐𝑖𝑟𝑐𝑢𝑖𝑡𝑜
Equipos rotatorios y transformadores:
𝑅𝑒𝑎𝑐𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑈𝑛𝑖𝑡𝑎𝑟𝑖𝑎 =
𝑅𝑒𝑎𝑐𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑈𝑛𝑖𝑡𝑎𝑟𝑖𝑎(𝑎 𝑐𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑛𝑜𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙)×𝐾𝑉𝐴𝐵𝐴𝑆𝐸
𝐾𝑉𝐴𝑛𝑜𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙
Cables:
𝑅𝑒𝑎𝑐𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑢𝑛𝑖𝑡𝑎𝑟𝑖𝑎 =
𝑅𝑒𝑎𝑐𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑒𝑛 Ω/𝑓𝑎𝑠𝑒(𝐾𝑉𝐴𝐵𝐴𝑆𝐸 )
1000(𝐾𝑉𝐵𝐴𝑆𝐸 )2
3. Combinar las Impedancias.- El tercer paso es para combinar reactancias,
vectores de impedancia y resistencias para aplicarse al punto de falla como una
sola impedancia equivalente, reactancia o resistencia. La impedancia equivalente
de impedancias separadas en serie es la suma de las impedancias separadas. La
impedancia equivalente de impedancias separadas en paralelo es el recíproco de
la suma de los recíprocos de las impedancias separadas. Tres impedancias que
[14]
EJEMPLO DE CALCULO DE CORTOCIRCUITO ANSI
EN BUS DE 4.16 KV
forman una configuración estrella o delta pueden ser convertidas por las fórmulas
siguientes para una nueva reducción (Fig. 1.5).
a) Estrella a delta [Fig. 1.5(a)]:
A
bc
bc
a
B
ac
ac
b
C
a b
ab
c
b) Delta a estrella [Fig.1.5(b)]:
a
B C
A B C
b
AC
A B C
c
A B
A B C
[15]
EJEMPLO DE CALCULO DE CORTOCIRCUITO ANSI
EN BUS DE 4.16 KV
Fig. 1.5 Configuraciones Estrella y delta.
4. Calcular la Corriente de cortocircuito.- El paso final es para calcular la
corriente de cortocircuito. Los cálculos detallados son influenciados por el voltaje
nominal del sistema y los resultados deseados del cálculo:
a) Esfuerzo momentáneo del primer ciclo para fusibles de bajo y alto voltaje ó
interruptores de bajo voltaje.
I CC SIM 
KVABASE
X eqTOTAL  KV 3
[16]
EJEMPLO DE CALCULO DE CORTOCIRCUITO ANSI
EN BUS DE 4.16 KV
La magnitud rms (asimétrica) total máxima de la corriente con la más alta
asimetría durante el primer ciclo de un cortocircuito trifásico franco (cero
impedancia en el punto de cortocircuito):
𝑰𝑪𝑪 𝑨𝑺𝑰𝑴 = 1.6 × 𝐼𝐶𝐶 𝑆𝐼𝑀
b) Esfuerzo de interrupción para interruptores de medio y alto voltaje.
𝑃𝐶𝐶 𝐴𝑆𝐼𝑀 = 𝑓𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑚𝑢𝑙𝑡𝑖𝑝𝑙𝑖𝑐𝑎𝑐𝑖ó𝑛 ×
𝐾𝑉𝐴𝐵𝐴𝑆𝐸
𝑋𝑒𝑞
El factor de multiplicación dependerá de la relación X/R en el punto de falla y de la
localización física de los generadores (generación local ó remota).
1.3.1 PREPARACION DEL DIAGRAMA UNIFILAR
El diagrama unifilar que se obtuvo de la planta se muestra en la Fig. 1.6. Se
modificará el diagrama para el cálculo de cortocircuito en el bus de 4.16 donde se
encuentran conectados 4 motores de 350 HP (CF-J1, CF-J2, CF-J5, CF-J6), y hay
2 circuitos (CF-J3 y CF-J4) que alimentan a dos pequeñas subestaciones en baja
tensión a 440 V (Casa de Bombas #3 y Regeneración de Naftas Pesadas).
En el siguiente diagrama unifilar (Fig. 1.7).se muestra el Sistema de potencia
reducido al bus de carga de 4.16 KV donde se realizaran los cálculos, como
limitante no se considerará la contribución de corriente de las demás plantas,
es decir sólo permanecerán cerrados los interruptores de alimentación a la
subestación 3 de 4.16V (CF-60A y CF-60B), así como los interruptores que
alimentan a la subestación bajo estudio (CF-64A y CF-64B).
[17]
EJEMPLO DE CALCULO DE CORTOCIRCUITO ANSI
EN BUS DE 4.16 KV
BUS "A"CF-A6
13.8 KV.
I-6A
I-6B
TR-6A
S.E. # 3
10/12 MVA.
13.8/4.16 KV.
(ANTES # 6)
CF-60A
BUS "A"
PRIM.
5
Y FCC.
CF63A
HIDRO.
REFOR.
DE
NAFTA
Y FRACC.
HIDROCARB.
(U-400/
500/600)
TR-6B
10/12 MVA.
13.8/4.16 KV.
CF-60B
CF-60E
4.16 KV.
CF62A
CF61A
CF-C6 BUS "C"
CF65A
CF64A
DISPONIBLE.
PTA.
HIDRODESULFURADORA
DESTIL
A-DOS
INTERMEDIOS
"HDDI"
(U-100)
CF66A
CF66B
TR-Z1
TR-Z2
REC. DE AZUFRE;
CARROS; TRANSP.
TERRESTRE; AGUAS
AMARGAS.
BUS "B"
CF65B
CF64B
BA-52G
350
CF-J3
CF-J4
TR-60A
BA-52F 350
PTA.
HIDRODESULFURADORA
DESTILADOS
INTERMEDIOS
"HDDI"
(U-100)
BUS "B"
4.16 KV.
CF-J2
CF-J1
CF61B
CF62B
HIDRO. PRIM. 5
REFOR. Y FCC.
DE
NAFTA
Y FRACC.
HIDROCARB.
(U-400/
500/600)
A-2
A-3
BUS "A"
CF63 B
DISPONIBLE.
A-1
4.16 KV.
TR-60B
4.16 KV.
CF-J6
CF-J5
350
BA-601B
BBA.
CARGA
HIDRO. DE
NAFTA.
350
BA-52BX
BBA.
REFORMADO
LIGERO.
I-2
I-3
BUS "A"
480 V.
BUS "B"
480 V.
CASA DE BBAS. # 3
I-52B
I-52A
PEMEX REFINACION
I
BUS "B"
480 V.
5
REGENERACION NAFTA
2 PESADA (RNP).
(REGENERACION
E CONTINUA.)
BUS "A"
REFINERIA GRAL. LAZARO CARDENAS
480 V.
Suptcia. De Fuerza y Servicios Auxiliares
Diagrama Unifilar “S.E. #3”
RNP. Y C: BBAS. #3
Fig. 1.5 Diagrama unifilar que muestra todas las fuentes de cortocircuito.
[18]
EJEMPLO DE CALCULO DE CORTOCIRCUITO ANSI
EN BUS DE 4.16 KV
LINEA DE SUMINISTRO
TERMOELECTRICA N° 3
PCC = 100 MVA
LINEA DE SUMINISTRO
TERMOELECTRICA N° 3
PCC = 100 MVA
TR-6A
TR-6B
10/12.5 MVA
13.8/4.16KV
Z = 6.80/8.58%
10/12.5 MVA
13.8/4.16KV
Z = 6.80/8.58%
BUS “A”
BUS “B”
4.16kv
CF-63A
CF-64B
A-2
A-1
4.16kv
51
51
A-3
BUS “B” 4.16kv
BUS “A” 4.16kv
CF-J2
CF-J5
CF-J6
CF-J4
350
HP
350
HP
BA-52BX
BA-601B
CF-J3
50/
51
50/
51
1000 KVA
TR-60B
4.16/0.48KV
BOMBA DE
RESPALDO
CARGA HIDRO.
DE NAFTA
4.16/0.48KV
Z = 6.16 %
I-1
350
HP
350
HP
BA-52F
1000 KVA
TR-60A
Z = 6.16 %
BOMBA DE
RESPALDO
REFORMADO
LIGERO
CF-J1
BA-52G
BA-52F
BA-52G
BOMBA
REFORMADO
LIGERO
BOMBA DE
CARGA HIDRO.
DE NAFTA
I-2
I-3
BUSES “B” 480 V
BUSES “A” 480 V
OC-1
OL-1
75
HP
75
HP
75
HP
75
HP
75
HP
75
HP
60
HP
75
HP
75
HP
75
HP
75
HP
75
HP
75
HP
60
HP
GB-505
GB-504
GB-503
BA-603C
BA-603B
BA-601A
BA-600A
GB-506
GB-507X
GB-609
BA-600B
BA-601B
BA-603D
BA-603C
REGENERACION DE NAFTA
PESADA (RNP)
REGENERACION CONTINUA
(RESPALDO)
CASA DE BOMBAS Nº 3
(RESPALDO)
REGENERACION DE NAFTA
PESADA (RNP)
REGENERACION CONTINUA
Fig. 1.7 Diagrama Unifilar de la alimentación del BUS de 4160 V
[19]
CASA DE BOMBAS Nº 3
EJEMPLO DE CALCULO DE CORTOCIRCUITO ANSI
EN BUS DE 4.16 KV
1.3.2 RECOLECCION Y CONVERSION DE DATOS DE IMPEDANCIA A PU
Obtendremos los valores de reactancias de la siguiente manera:

Para el suministro, se proporciona una potencia posible de cortocircuito de
100 MVA a la entrada de la subestación 3, en un punto aguas arriba de los
transformadores de 10/12.5 MVA (se considera bus infinito, se
desconoce el valor real).

Para transformadores, los valores se obtuvieron de la placa de datos, siendo
Z = 6.80/8.58 % para los transformadores de 10/12.5 MVA y Z = 6.16 % para
los transformadores de 1000 KVA.

Para los motores de inducción, debido a que no se disponen de más datos
de las reactancias subtransitorias de los motores, se hará una simplificación
en la potencia, 1 HP = 1 KVA, y los valores de las reactancias serán:
Motores de Inducción a 4.16 KV:
Z = 17% a KVA nominal (Tabla 4A-1 de la norma IEEE Std 141-1993)
Motores de inducción a 480 V:
Z = 20% a KVA nominal (Tabla 4-2 de la norma IEEE Std 141-1993)
Con estos datos, se elabora un Diagrama de Reactancias mostrando los valores de
las reactancias de los elementos del circuito, expresadas a su propia capacidad.
A continuación se muestra el Diagrama de reactancias del circuito (Fig. 1.8).
[20]
EJEMPLO DE CALCULO DE CORTOCIRCUITO ANSI
EN BUS DE 4.16 KV
RED DE
SUMINISTRO
(Termoeléctrica No. 3)
RED DE
SUMINISTRO
(Termoeléctrica No. 3)
PCC=100 MVA
Z=8.58%
Z=8.58%
TR-6A
BUS 1
BUS “A” 4.16kv
BUS 1
TR-6B
BUS “B” 4.16kv
BUS 2
BUS 4.16kv
Z=17%
Z=17%
PCC=100 MVA
FALLA
TR-60B
TR-60A
Z=6.16%
Z=6.16%
Z=17%
BA601B
BA52BX
BA52F
BUS 3
Z=20%
Z=20%
BA603B
Z=20%
BA601A
Z=20%
BA600A
Z=20%
GB505
Z=20%
GB504
Z=20%
Z=20%
BA601B
BA600B
BUS 4
BUS “B” 480 V
BA603D
Z=20%
GB506
Fig. 1.8 Diagrama de Reactancias.
[21]
Z=20%
Z=20%
BA603C
BUS “A” 480 V
Z=20%
GB503
BA52G
BUS “A” 480 V
BUS “B” 480 V
BA603C
Z=17%
Z=20%
GB507X
Z=20%
BR609
EJEMPLO DE CALCULO DE CORTOCIRCUITO ANSI
EN BUS DE 4.16 KV
1.3.2.1 SELECCIÓN DE LOS VALORES DE POTENCIA BASE Y VOLTAJE BASE
POTENCIA BASE:
POTENCIA BASE  100,000 KVA
VOLTAJE BASE DE LOS BUSES:
VOLTAJE BASEBUS1 A, B  4.16 KV
VOLTAJE BASEBUS 2 A, B  4.16 KV
VOLTAJE BASEBUS 3 A, B  0.48 KV
VOLTAJE BASEBUS 4 A, B  0.48 KV
CORRIENTE BASE DE LOS BUSES:
CORRIENTE BASEBUS1 A, B 
P. BASE
100000

 13,878.6122 A
V. BASE BUS 1
3  4.16
CORRIENTE BASEBUS 2 A, B 
P. BASE
100000

 13,878.6122 A
V. BASE BUS 2
3  4.16
CORRIENTE BASEBUS 3 A, B 
P. BASE
100000

 120,281.306 A
V. BASE BUS 3
3  0.48
CORRIENTE BASEBUS 4 A, B 
P. BASE
100000

 120,281.306 A
V. BASE BUS 4
3  0.48
[22]
EJEMPLO DE CALCULO DE CORTOCIRCUITO ANSI
EN BUS DE 4.16 KV
1.3.2.2 CONVERSION A CANTIDADES POR UNIDAD (P. U.)
1.- RED (TERMOELECTRICA No.3)
X RED A  X RED B 
KVA BASE 100,000

 1 P.U.
KVA CC SIST. 100,000
2.- TRANSFORMADORES:
2
XTR6- A  XTR6 B
 13.8   100,000 

0.0858  0.715 P.U.
 
 13.8   12,000 
2
X TR60-A  X TR60B
 4.16   100,000 

0..0616  6.16 P.U.
 
 4.16   1,000 
3.- MOTORES:
GRUPO DE MOTORES DE 4.16 Kv. BUS 2.
Motores del Bus A de 4.16 Kv.
 4.16 
XBA- 52F  

 4.16 
2
 100,000 

0.17   48.5714 P.U.
 350 
2
 4.16   100,000 
XBA- 52G  
 
0.17   48.5714 P.U.
 4.16   350 
Motores del Bus B de 4.16 Kv.
 4.16 
XBA- 52BX  

 4.16 
2
 100,000 

0.17   48.5714 P.U.
 350 
2
 4.16   100,000 
XBA- 601B  
 
0.17   48.5714 P.U.
 4.16   350 
[23]
EJEMPLO DE CALCULO DE CORTOCIRCUITO ANSI
EN BUS DE 4.16 KV
GRUPO DE MOTORES DE 480 V. BUS 3.
Motores del Bus A de 480 V.
2
 0.48   100,000 
XBA- 600B  
 
0.20  333.33 P.U.
 0.48   60 
2
 0.48   100,000 
XBA- 601B  
 
0.20  266.66 P.U.
 0.48   75 
2
 0.48   100,000 
XBA 603D  
 
0.20  266.66 P.U.
 0.48   75 
 0.48 
XBA 603C  

 0.48 
2
 100,000 

0.20  266.66 P.U.
 75 
Motores del Bus B de 480 V.
2
 0.48   100,000 
XBA  600A  
 
0.20  333.33 P.U.
 0.48   60 
 0.48 
XBA- 601A  

 0.48 
2
 100,000 

0.20  266.66 P.U.
 75 
2
 0.48   100,000 
XBA- 603B  
 
0.20  266.66 P.U.
 0.48   75 
2
 0.48   100,000 
XBA- 603C  
 
0.20  266.66 P.U.
 0.48   75 
[24]
EJEMPLO DE CALCULO DE CORTOCIRCUITO ANSI
EN BUS DE 4.16 KV
GRUPO DE MOTORES DE 480 V. BUS 4.
Motores del Bus A de 480 V.
2
 0.48   100,000 
XGB - 506  
 
0.20  266.66 P.U.
 0.48   75 
2
 0.48   100,000 
XGB - 507X  
 
0.20  266.66 P.U.
 0.48   75 
2
 0.48   100,000 
XBR- 609  
 
0.20  266.66 P.U.
 0.48   75 
Motores del Bus B de 480 V.
2
 0.48   100,000 
XGB - 503  
 
0.20  266.66 P.U.
 0.48   75 
2
 0.48   100,000 
XGB - 504  
 
0.20  266.66 P.U.
 0.48   75 
2
 0.48   100,000 
XBR- 505  
 
0.20  266.66 P.U.
 0.48   75 
A continuación se presenta el Diagrama de reactancias en valores P.U. (Fig. 1.9).
[25]
EJEMPLO DE CALCULO DE CORTOCIRCUITO ANSI
EN BUS DE 4.16 KV
13.8 KV
13.8 KV
XRED A =1
XRED B =1
X1
X2
XTR-6A=0.715
XTR-6B=0.715
BUS 1
BUS “A” 4.16kv
BUS 2
BUS 4.16kv
XBA-52BX
=48.5714
XBA-601B
=48.5714
BUS “B” 4.16kv
BUS 1
XTR-60B
=6.16
FALLA
XTR-60A
=6.16
XBA-52F
=48.5714
XBA-52G
=48.5714
X4
X3
BUS 3
BUS “B” 480 V
XBA-603C
=266.66
XBA-603B
=266.66
XBA-601A
=266.66
XBA-600A
=333.33
BUS “A” 480 V
XBA-600B
=333.33
XBA-601B
=266.66
XBA-603D
=266.66
X8
X7
BUS 4
BUS “B” 480 V
X5
XBA-603C
=266.66
XGB-505
=266.66
XGB-504
=266.66
XGB-503
=266.66
BUS “A” 480 V
XGB-606
=266.66
XGB-507X
=266.66
XGB-609
=266.66
X6
Fig. 1.9 Diagrama de Reactancias en P.U.
[26]
EJEMPLO DE CALCULO DE CORTOCIRCUITO ANSI
EN BUS DE 4.16 KV
1.3.3 REDUCCION DEL DIAGRAMA DE REACTANCIAS
X1  X RED A  X TR6A  1  0.715  1.715
X 2  X RED B  X TR6B  1  0.715  1.715
X3 
XBA 52BX  XBA 601B 48.5714  48.5714

 24.2857
XBA 52BX  XBA- 601B 48.5714  48.5714
X4 
XBA 52F  XBA 52G 48.5714  48.5714

 24.2857
XBA 52F  XBA- 52G 48.5714  48.5714
 1
1
1 

X 5  


 XGB 503 XGB 504 XGB 505 
1
1
1 
 1




 266.66 266.66 266.66 
1
1
 1
1
1 
1
1 
 1
  
X 6  





 266.66 266.66 266.66 
 XGB 506 XGB 507X XGB 509 


1
1
1
1

X 7  



 X BA-600B X BA-601B XBA-603D X BA-603C 


1
1
1
1

X 8  



 X BA-600A X BA-601A X BA-603B X BA-603C 
1
1
 88.8866
1
 88.8866
1
1
1 
 1





 333.33 266.66 266.66 266.66 
1
1
1 
 1





 333.33 266.66 266.66 266.66 
[27]
 70.1739
1
 70.1739
Con estos nuevos valores se reduce el Diagrama de reactancias y van quedando
Diagramas equivalentes como se muestra a continuación.
1
EJEMPLO DE CALCULO DE CORTOCIRCUITO ANSI
EN BUS DE 4.16 KV
X1 =1.715
X9
X2 =1.715
X10
BUS “B” 4.16kv
BUS “A” 4.16kv
FALLA
BUS 4.16kv
XTR-60B
=6.16
X3=24.2857
BUS “B” 0.48kv
XTR-60A
=6.16
BUS “A” 0.48kv
BUS “B” 0.48kv
X5=88.8866
X4=24.2857
X8=70.1739
X7=70.1739
X11
BUS “A” 0.48kv
X6=88.8866
X12
Fig. 1.10 1ª Reducción del Diagrama de Reactancias
[28]
EJEMPLO DE CALCULO DE CORTOCIRCUITO ANSI
EN BUS DE 4.16 KV
X9 
X1  X3 1.715  24.2857

 1.6018
X1  X3 1.715  24.2857
X10 
X2  X4 1.715  24.2857

 1.6018
X2  X4 1.715  24.2857
X11 
X5  X8 88.8866  70.1739

 39.2147
X 5  X 8 88.8866  70.1739
X12 
X6  X7
88.8866  70.1739

 39.2147
X 6  X 7 88.8866  70.1739
X15
X9 =1.6018
X10 =1.6018
BUS 4.16kv
FALLA
XTR-60A
=6.16
XTR-60B
=6.16
BUS “A” 0.48kv
BUS “B” 0.48Kv
X13
X14
X11=39.214
X12=39.214
Fig. 1.11 2ª Reducción del Diagrama de Reactancias
[29]
EJEMPLO DE CALCULO DE CORTOCIRCUITO ANSI
EN BUS DE 4.16 KV
X13  X TR-60B  X11  6.16  39.214  45.374
X14  X TR-60A  X12  6.16  39.214  45.374
X15  X 9  X10 
1.6018  1.6018
 0.8009
1.6018  1.6018
X15 =0.8009
BUS 4.16kv
FALLA
X13=45.374
X14=45.374
X16
Fig. 1.12 3ª Reducción del Diagrama de Reactancias
X16 
X13  X14 45.374  45.374

 22.687
X13  X14 45.374  45.374
[30]
EJEMPLO DE CALCULO DE CORTOCIRCUITO ANSI
EN BUS DE 4.16 KV
X15 =0.8009
BUS 4.16kv
FALLA
Xeq
X16=22.687
Fig. 1.13 4ª Reducción del Diagrama de Reactancia
X eq 
X15  X16 0.8009  22.687

 0.7735
X15  X16 0.8009  22.687
Xeq =0.7735
BUS 4.16kv
FALLA
Fig. 1.14 Reactancia equivalente en el punto de falla
[31]
EJEMPLO DE CALCULO DE CORTOCIRCUITO ANSI
EN BUS DE 4.16 KV
1.3.4 CALCULO DE LA CORRIENTE MOMENTANEA DE CORTOCIRCUITO
La fórmula para calcular la corriente simétrica momentánea de cortocircuito (rms),
es usando la corriente base calculada anteriormente por la relación E/X
(suponiendo un voltaje de pre-falla igual a 1.0 pu, para una falla franca, es decir,
cero impedancia en el punto de falla):
𝑰𝑪𝑪 𝑺𝑰𝑴 =
𝐸
1
× 𝐼𝐵 =
× 13,878 = 𝟏𝟕, 𝟗𝟒𝟐 𝑨
𝑋𝑒𝑞
0.7735
NOTA: Las normas ANSI, IEEE han establecido un multiplicador para convertir la
corriente de cortocircuito simétrico a cortocircuito asimétrico o lo que es recorrer la onda de
cortocircuito simétrico del eje Cero de 1.6 para sistemas industriales de medio y alto voltaje.
Fórmula para calcular corriente momentánea total de cortocircuito asimétrico (rms):
𝑰𝑪𝑪 𝑨𝑺𝑰𝑴 = 𝑰𝑪𝑪 𝑺𝑰𝑴 × 𝑭𝑨𝑪𝑻𝑶𝑹 𝑫𝑬 𝑴𝑼𝑳𝑻𝑰𝑷𝑳𝑰𝑪𝑨𝑪𝑰𝑶𝑵
𝑰𝑪𝑪 𝑨𝑺𝑰𝑴 = 𝟏𝟕, 𝟗𝟒𝟐 × 𝟏. 𝟔 = 𝟐𝟖, 𝟕𝟎𝟕 𝑨
[32]
EJEMPLO DE CALCULO DE CORTOCIRCUITO ANSI
EN BUS DE 4.16 KV
1.3.5 CALCULO DE LA POTENCIA INTERRUPTIVA DE CORTOCIRCUITO.
Para la potencia interruptiva, se desprecia la contribución de los motores de
inducción y la corriente de cortocircuito sólo quedara limitada por los
transformadores TR-6A y TR-6B, la reducción se muestra en la Figura 1.16.
Xeq
X2 =1.715
X1 =1.715
BUS “A” 4.16kv
BUS “B” 4.16kv
FALLA
Fig. 1.16 Diagrama de Reactancias Equivalente Total.
Por lo que:
𝑿𝒆𝒒 =
1.715×1.715
1.715+1.715
= 𝟎. 𝟖𝟕𝟓
Fórmula para calcular la potencia interruptiva (rms) o potencia de cortocircuito
(rms):
𝑃𝐶𝐶 𝐴𝑆𝐼𝑀 = 𝑓𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑚𝑢𝑙𝑡𝑖𝑝𝑙𝑖𝑐𝑎𝑐𝑖ó𝑛 ×
𝐾𝑉𝐴𝐵𝐴𝑆𝐸
𝑋𝑒𝑞
Pemex Refinación ha calculado su propio factor de multiplicación X/R en 1.1,
debido a la cercanía de sus Turbogeneradores (Esto es una simplificación simple
para no entrar a detalle), por lo que la potencia interruptiva total asimétrica (rms) de
cortocircuito es:
𝑷𝑪𝑪 𝑨𝑺𝑰𝑴 = 1.1 ×
100,000
= 125,714 𝑲𝑽𝑨
0.875
[33]
EJEMPLO DE CALCULO DE CORTOCIRCUITO ANSI
EN BUS DE 4.16 KV
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
Irwin Lazar.
“Analisis y Diseño de Sistemas Eléctricos para Plantas Industriales”
Ed. Limusa 1992
Enríquez Harper.
“Elementos de Diseño de Subestaciones Eléctricas”
Ed. Limusa 2ª Edición 2002
PEMEX REFINACION
PROY-NRF-048-PEMEX-2003
“Diseño de Instalaciones Eléctricas en Plantas Industriales”
NORMA OFICIAL MEXICANA NOM-001-SEDE-1999
“Instalaciones Eléctricas (utilización)”
PEMEX REFINACION
Especificación Gral. GS-E-001-REV-6
“Base de Diseño y Construcción de Instalaciones Eléctricas”
[34]