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, de corriente
para aplicación de relevadores deberán calcularse para ajustar
las protecciones para que estas 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.
ANALISIS 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 menciono 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 esta 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 presentas
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 maquinas 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-coolineales
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.
