En el caso de que se produzca un cortocircuito en un circuito de 120 V alimentado por un disyuntor de 20 amperios, ¿cuántos amperios fluirán antes de que se dispare el disyuntor?
No existe una respuesta única para esta pregunta, ya que múltiples factores afectan la cantidad de corriente de falla que fluye en una ruta de cortocircuito. La cantidad de corriente en amperios que fluirá en un cortocircuito depende de la resistencia del circuito. En un cortocircuito ideal, donde la resistencia es cero, el flujo de corriente sería teóricamente infinito según la Ley de Ohm (I = V ÷ R). Sin embargo, en realidad ningún circuito tiene resistencia cero.
¿Cómo encontrar el valor de la corriente de cortocircuito en un circuito de 120/240 V?
Cuando se cortocircuita un circuito, se crea un camino de baja resistencia que permite que fluya una corriente muy alta. La cantidad de corriente que fluye durante un cortocircuito está determinada por el voltaje del circuito y la resistencia de la ruta del cortocircuito.
La ley de Ohm se puede utilizar para calcular la corriente (I) en un circuito:
I = V÷R
dónde:
En el caso de un cortocircuito, la resistencia es muy baja, acercándose a cero. Por tanto, la corriente se vuelve extremadamente alta.
Teóricamente,
- I = V÷R
- I = 120V ÷ 0Ω
- I ≈ ∞
Para fines prácticos, cuando ocurre un cortocircuito, la corriente puede estar limitada por la resistencia interna de la fuente de alimentación, el cableado y la impedancia de la fuente de alimentación. Estos factores pueden impedir que la corriente alcance un valor infinito, pero aún así puede ser muy alta.
El propósito de un disyuntor es proteger el circuito y los dispositivos conectados de una corriente excesiva. Un disyuntor de 20 amperios está diseñado para dispararse cuando la corriente excede los 20 amperios. Es por eso que se debe usar un disyuntor de 20 amperios que tenga un factor de seguridad para 16 amperios de circuito de carga (16 A x 1,25 = 20 A, es decir, solo el 80 % de la carga debe conectarse a la ampacidad nominal del disyuntor). En caso de cortocircuito, el disyuntor debe dispararse casi inmediatamente para evitar daños al circuito y reducir el riesgo de incendio. El tiempo preciso que tarda el disyuntor en dispararse depende de su diseño y de las características específicas del cortocircuito.
Un disyuntor de 20 amperios está diseñado para dispararse cuando la corriente que lo atraviesa excede los 20 amperios. Entonces, en una situación de cortocircuito, el disyuntor debería dispararse cuando la corriente alcance ligeramente más de 20 amperios. Esto es para proteger el cableado y evitar el sobrecalentamiento o un incendio.
En nuestro escenario, si tiene un circuito de 120 voltios alimentado por un disyuntor de 20 amperios y cortocircuita el circuito, la corriente puede ser muy alta. El valor exacto depende de la resistencia del circuito de cortocircuito, que suele ser muy baja.
Ahora, veamos la cantidad de corriente producida por el cortocircuito que llega antes del disyuntor para disparar el circuito.
Generalmente, los hogares estadounidenses reciben suministro eléctrico mediante un transformador de 7200 V/240 V y 120 V, con una potencia nominal de 10 a 167 kVA. En esta configuración, la potencia suministrada por la fuente es casi constante, es decir, tiene un valor definido.
Ahora, en el caso de un circuito de 120 VCA conectado a un transformador de 75 kVA, determinemos la corriente de cortocircuito que ocurre en un circuito derivado antes de llegar al disyuntor adjunto.
I = P ÷ V
Donde estoy en amperios, P en vatios y V en voltios.
En el caso de un circuito resistivo, los kVA son iguales a los kW. Ahora, el valor de la corriente de cortocircuito en amperios:
- I = P ÷V
- I = 75 kVA ÷ 120V
- I = 625 A.
Esto significa que fluirá una corriente alta de 625 amperios hacia el disyuntor de 20 amperios en el caso de un circuito de 120 V conectado desde la caja del panel principal a través de un transformador de 75 kVA.
Si la clasificación del transformador montado en un poste de servicios públicos es de 167 kVA, la corriente de cortocircuito será sustancial, aproximadamente 1391 amperios. Esto representa la corriente instantánea máxima en amperios antes de que se dispare el circuito.
Sin embargo, eso no es suficiente. Incluso si ignoramos la impedancia interna (alrededor del 2%), la inductancia y la longitud del cable, lo que provoca una caída de voltaje y afecta la ampacidad, la caída de voltaje será significativa. En escenarios ideales, el voltaje se acerca a cero y toda la fuente de energía es esencialmente equivalente a la corriente.
En caso de un cortocircuito, cuando el voltaje llega a ser casi cero (suponga que es 1 V para contrarrestar el valor infinito):
- I = P ÷V
- I = 75 kVA ÷ 1V
- I = 75 kA
Teóricamente, esto significa que En caso de un cortocircuito, se pueden generar aproximadamente 75.000 amperios de corriente de falla. por un instante. Si el tamaño del transformador es mayor (de 100 kVA a 167 kVA), se puede generar un amperaje de corriente de falla aún mayor en caso de un cortocircuito.
En caso de un disyuntor defectuoso, puede causar daños graves al circuito y a los aparatos conectados. Además, puede provocar que todo el sistema se queme debido a la formación de arcos y la explosión de la unidad, con el riesgo adicional de una peligrosa descarga eléctrica.
Bueno saber:
- En la práctica, la corriente de falla máxima en los terminales de un transformador de 50 kVA, 120 V/240 V con una impedancia del 2% sería 10,4 kA (10.400 amperios). Este valor puede ser menor en aplicaciones residenciales debido a la impedancia primaria y de servicio.
- Un transformador de 7200/240 V, 150 kVA ubicado a 1500 pies de la subestación (suponiendo una impedancia del 5 % en el transformador y una impedancia infinita en el lado primario) alimenta un puesto de distribución residencial. Desde allí, la energía fluye a un medidor y posteriormente a un panel QO con un circuito de 20 amperios, utilizando 25 pies de cable n.° 12. La corriente estimada es 1469 amperiosy el tiempo de viaje esperado es 0,016 segundos (un ciclo).
- El disyuntor tiene una clasificación de corriente de 20 amperios, una clasificación de voltaje de 120 VCA y una clasificación de interrupción de 10 kiloamperios. La corriente del disyuntor no excederá la clasificación de interrupción del disyuntor.
- La corriente de falla en un transformador de distribución puede superar 10kA y potencialmente alcanzar hasta 30 kA en su máximo.
- A 20 amperios Se debe utilizar un disyuntor para 16 amperios del circuito de carga. Esto se debe al factor de seguridad, es decir (16 A x 1,25 = 20 A), por ejemplo, sólo el 80 % de la carga debe conectarse a la ampacidad nominal del disyuntor. Lo mismo ocurre con 15 amperios interruptor que se debe utilizar para 12 amperios del punto de carga.
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