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ESTUDIO Y ANÁLISIS DE CORTO CIRCUITO

Un sistema de potencia es considerado normalmente como una red trifásica balanceada. En general cuando ocurre una falla la simetría de la red balanceada se desbarata, resultando de esto corrientes y voltajes desbalanceados en la red. La falla trifásica que cubre a las tres fases en un mismo punto se conocen como fallas simétricas. Empleando la teoría de las componentes simétricas se puede reemplazar el sistema normal por una fuente en el punto de falla para su análisis.

Desde un punto de vista de aplicación de relevadores es esencial conocer la distribución de las corrientes de falla a través del sistema y las tensiones de falla en las diferentes partes del sistema debido a la falla.

Los limites de corriente más distantes para aplicación de relevadores deberán calcularse para ajustar las protecciones para que éstas operen oportuna y eficazmente para lograr lo anterior requeriremos de la siguiente información.

Corriente máxima de falla, para una falla al punto del relevador.
Corriente mínima de falla, para una falla al punto del relevador.
Corriente máxima de falla, a través del punto del relevador.

En la obtención de la información anterior, y los limites de la generación en el estado estable, y las condiciones posibles de operación incluyendo el método del sistema de aterrizamiento deberán conocerse. Las fallas se suponen que son a través de impedancia de falla de secuencia cero, de tal forma que la corriente de la falla considerada es en su valor máximo, para garantizar las condiciones de operación del sistema.

ANÁLISIS DE LAS COMPONENTES SIMÉTRICAS DE UNA RED TRIFÁSICA

Se pueden determinar aplicando el principio de superposición, en forma general un sistema trifásico se reemplazan por tres conjuntos de vectores simétricos balanceados. Dos de ellos son trifásicos, pero uno tiene diferente secuencias de fases, y el último conjunto están en fase.

Esos conjuntos de sistemas vectoriales, se llaman como secuencia positiva, negativa y cero respectivamente.

Las ecuaciones de fase en función de componentes simétricas son las siguientes:
Ea = E1 + E2 + Eo Voltajes de fase en función de sus componentes.
Eb = a2E1 + aE2 + Eo
Ec = aE1 + a2E2 + Eo
E1 = 1/3 ( Ea + aEb + a2Ec ) Voltajes de secuencia en función de los voltajes de falla
E2 = 1/3 ( Ea + a2Eb + aEc )
E0 = 1/3 ( Ea + Eb + Ec )

Cuando todas las cantidades se refieren a la referencia de la fase (a, se escriben un sistema de ecuaciones similares para las corrientes.

Los sistemas vectoriales para la secuencia positiva, negativa y cero, se ilustran en la siguiente figura

Al ocurrir la falla en el sistema de potencia, la impedancia de fase no son de valor idéntico (exceptuando para la falla trifásica), trayendo como consecuencia voltajes y corrientes desbalanceadas, que serán mayores en el punto de la falla. Previamente se mencionó que la falta de corriente de cortocircuito, puede estudiarse considerando las condiciones normales de voltaje en el sistema, por la sustitución de un circuito de Thevenin, donde se considera que el generador sigue alimentando tensión a un valor igual que antes de la falla. De aquí la impedancia del sistema permanece simétricamente desde el punto de vista punto de la falla, pero el punto de la falla en este momento se considera como punto de inyección de voltajes y corrientes desbalanceados del sistema. La condición anterior permite representar al sistema por las redes de secuencia, utilizando la técnica de las componentes simétricas. Estas redes se conocen como la red de secuencia positiva, negativa y cero.

RED DE SECUENCIA POSITIVA

Durante la operación normal del sistema existen únicamente corrientes y voltajes de secuencia positiva, por lo tanto en el estado estable la impedancia es la red de secuencia positiva. En la ocurrencia de la falla, la corriente de falla cambia de 0 a I1 y el voltaje de secuencia positiva en la rama cambia de V a V1, reemplazando ésta por una fuente de tensión con un valor igual al cambio de voltaje y cortocircuitando todos los voltajes normales de conducción del sistema, por lo que resulta una corriente AI que fluye dentro del sistema.

Donde:

Z1 ­ Impedancia de secuencia positiva del sistema mostrando desde la falla.

I1 -- Corriente de falla que fluye del sistema a la falla, que es - D If

Por lo anterior

RED DE SECUENCIA NEGATIVA

Sobre la premisa de las cantidades, que las cantidades de secuencia positiva solo aparecen normalmente en un sistema de potencia, entonces las cantidades de secuencia negativa pueden operar solamente durante el desbalanceo originado por una falla. Si las cantidades de secuencia positiva están presentes en la rama fallada, entonces cuando ocurre la falla el cambio en el voltaje es V2 y la corriente resultante es I2 que fluye desde la red a la falla y su valor es :

Las impedancias de secuencia negativa son generalmente los mismos valores a la impedancia de secuencia positiva.

En máquinas las impedancias son diferentes, pero la diferencia se desprecia en los sistemas de potencia. Los diagramas de secuencia negativa son similares a las de secuencia positiva, con dos importantes diferencias, generalmente no existen fuentes de contribución a la falla y el voltaje de secuencia negativa V2 es de gran valor al punto de falla.

RED DE SECUENCIA CERO.

La misma corriente y voltaje de secuencia negativa se aplica en la red de secuencia cero durante la falla, de tal forma que :

El diagrama de sec. cero es igual al de sec. Negativa únicamente se sustituyen I0 por I2.

Las corrientes y voltajes de la red de secuencia cero-colineales, es decir, todas tienen la misma fase. Por lo que las corrientes de secuencia cero, fluye al sistema y debe retornar por la conexión de tierra del neutro, en general Z1 ¹ Z0, y el valor de Z0 varia de acuerdo al tipo de planta, Los arreglos de los devanados de las máquinas y método de aterrizamiento.

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