Análisis de Cortocircuito

 

+

  Cortocircuito

 

 A  An n áli ál i s i s d de eC Cortocircuito ortoc ircuit ircuito o

Contenido  

un amentos genera es Fuentes generadoras de corrientes de cortocircuito



Componentes Componen tes que limitan la corriente de cortocircuito



Tipos de fallas



Cálculo de las corrientes de cortocircuito



 

 

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Contenido  

un amentos genera es Fuentes generadoras de corrientes de cortocircuito



Componentes Componen tes que limitan la corriente de cortocircuito



Tipos de fallas



Cálculo de las corrientes de cortocircuito



 

 

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Fundamentos F unda und ame mentos ntos Generales Gene nera rale les s • Por ue

cuando realizar un análisis de cortocircuito?

• Como se representan cada uno de los elementos de un sistema de otencia ara realizar un análisis de cortocircuito? • • Como interpretar y aplicar los resultados del análisis de

 

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Po Por  P o rr  q u e un u n cá cálculo cálc lculo lcul ulo o de Cortocircuito? Corto ortocir circui cuito to ? Por que? • El cálculo de corrientes en diferentes puntos de la red durante fa fallla es necesario para: • rating) • Localización y dimensionamiento del equipo de • Ajuste del equipo de protección Cuando? • Planeación • Operación (acciones de interrupción, expansión, otros

 

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Corri or rie orrie ente nt es de co ntes cor cortoc cortocircu r to toci circ ircuito rcu u ito it o y sus su s efectos efe fect ctos os • La magnitud de la corriente de cortocircuito depende d irectamente del tamaño o capacidad del sistema de suministro.

Corriente de orr en e de Carga

Cortocircuito

 

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Corri or rie orrie ente nt es de co ntes cor cortoc cortocircu r to toci circ ircuito rcu u ito it o y sus su s efectos efe fect ctos os • La magnitud de la corriente de cortocircuito depende d irectamente del tamaño o capacidad del sistema de suministro.  

Infinito

Infinito 100 V 1000 A Zt=0.001 Ohm

  100 A Zt=0.1 Ohm

Ifalla = 1000 A

M   Icarga=5 A

 

 

a a = 

M   Icarga=5 A

 

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Naturaleza Nat u r al eza d e Cortocircuito

l as

Co r r i en t es

de

Cuando se calculan las corrientes de cortocircuito, como resultado la variación de las corrientes con el tiempo: 

La presencia de la componente DC



El comportamiento del generador cond co ndic icio ione nes s de co cort rtoc ocir ircu cuit ito. o.

bajo

 

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Naturaleza N at u r al eza d e Cortocircuito

l as

Co r r i en t es

de

ωL Vm*sin(ωt+α) R

e( t ) = L

di

+ Ri(t)

 

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Naturaleza Nat u r al eza d e Cortocircuito

l as

Co r r i en t es

de

La expresión previa para la corriente de cortocircuito es una ecua ec uaci ción ón difer iferen enc cia ial, l, cu cuy ya sol oluc ució ión n ti tie ene do dos s par arte tes: s:

i ( t ) = ih ( t  ) + i p (t ) on e: ih(t)

es la solución de la ecuación homogéneo

ip (t)

es la solución de la ecuación particular  corr co rres espo pond ndiien ente te al perí períod odo o de es esta tado do es esta tabl ble e

 

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Naturaleza N at u r al eza d e Cortocircuito

l as

Co r r i en t es

de

Usando la teoría de ecuaciones diferenciales, la solución completa puede expresarse de la siguiente forma:

i (t ) =  V max ⎢⎡sin (ω t +  α  − φ ) − sin(α  −

⎛  R ⎞ φ )e −⎜⎝ ⎝  L ⎠⎟

t 

⎣ 2

 Z =  R  

2

⎥⎤ ⎦

2

+ ω   L

El primer término varía sinusolidalmente y es llamado la com onente AC. El se undo término disminu e exponencialmente y es llamado la componente DC

 

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Naturaleza N at u r al eza d e Cortocircuito

l as

Co r r i en t es

de

es el ángulo de cierre que define el punto en el cual ocurre la falla.

α

φ se define como:

 L ⎞⎟ tan   −1 ⎜⎛⎛  ω   R

El valor efectivo de la corriente de cortocircuito asimétrica total puede obtenerse de la siguiente

rms.asym

2

2

rms

DC

 

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Variación Varia riación ción de la cor corri corrie rie riente ente de debid debi bido do o a la

 

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Cor orri rie entes nte nt es de Cortocircuito Cor ortoc tocir ircu cuit ito o

Corriente de Cortocircuito p ca

Cortocircuito cercano a un generador 

 

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un amentos genera es Fuentes generadoras de corrientes de cortocircuito

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Componentes Componen tes que limitan la corriente de cortocircuito

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Tipos de fallas

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Cálculo de las corrientes de cortocircuito





 

 

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Fuentes F uente uent es ge generado gene nera radoras radora doras ras s de cor corri co corrie rrie riente ente de de cortocircuito Cuando se determina la magnitud de la corriente de cortocircuito, es fundamental considerar todas las fuentes y . de co corto rtoci circ rcui uito to:: 1. Generadores 2. Mo Moto tore res s sinc sincro rono nos s y co cond nden ensa sado dore res s si sinc ncro rono nos s 3. Mo Moto tore res s de indu inducc cció ión n

 

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Fuentes F uente uent es ge generado gene nera radoras radora doras ras s de cor corri co corrie rrie riente ente de corto cort o (1) Al ocurrir la falla, el generador continúa produciendo voltaje debido a que el campo de movi movien endo do el gene genera rado dorr. El vo volt ltaj aje e gene genera rado do prod produc uce e una corriente de gran magnitud que fluye hacia el pu punt nto o de fall falla. a.

(2 (2)) Durante la fall falla a, el mo mottor síncro ron no act ctú úa como un generador, alimentando la corriente de falla. La

Corriente de cor oc oc rcu o desde el generador 

inercia de la carga y del rotor tienden a evitar la desacel ele eració ión n del motor tor. La energía rot rotati tiv va de la carga y el rotor mueve el motor síncrono como una tur turbin bina a mueve mueve un ge gene nerad rador or..

(3) El efecto de la inercia de la carga y el rotor es el mismo que en el caso de un motor síncrono. Debido a que el flu lujo jo remanente en el rotor no decae in inst stan antá táne neam amen ente te y a la in iner erci cia a qu que e mu muev eve e el mo moto torr, se genera un voltaje en el estator que produce una corr rriiente que alim ime enta la fall falla a hasta sta que el fl flu ujo en el ro roto torr de deca cae e a cero cero..

Corriente de cortocircuito desde el motor síncrono Corriente de cortocircuito desde el motor de inducción

  cortocircuito total

 

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Fuentes F uente uent es ge generado gene nera radoras radora doras ras s de cor corri co corrie rrie riente ente de de cortocircuito

Estado estable

Comportamiento Comportamie nto típico de la c orriente de  

Primeros ciclos Comportamiento Comportamie nto típico de la corriente de cortocircuito desde un generador 

Comportamiento típico de la corriente de

 

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Fuentes F uente uent es ge generado gene nera radoras radora doras ras s de cor corri co corrie rrie riente ente de corto cort o Corrientes simétricas de cortocircuito

Corriente de cor oc rcu o s m r ca total

Corriente de cortocircuito  

Suma de la componente simétrica y  la componente DC

 

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o eo e

q u v a en t e e

e

El equivalente de red es la representación de un sis iste tema ma inte interrcone conec ctado tado.. Para análisis de flujos de carga, generalmente se considera como una fuente infinita, es decir, con impedancia cero.

SIN SI N

Para cortocircuito se considera que es una im edancia resistencia reactancia en serie con la fuente infinita. Si un sistema tiene varios puntos de , , es valido, ubicar varios equivalentes de red (uno por nodo).

B1 .

 

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o eo e

q u v a en t e e

e

El equivalente de red , existe para las redes de secuencia cero y positiva (R1, X1 y R0, X0) Es frecuente que las e ec r ca oras, no entreguen estas impe im peda danc ncia ias, s, sino sino los los niveles de corto, lo cual es una forma indirecta de entregar  las imp impeda edanci ncias as

=

 I  3 F   

 Z 1

=

V l −n 1

V l −n

 I 0

=

 Z 0

=

 

 

  V l − n

 Z 0 + 2 Z 1   l −n

 I 0

− 2 Z 1

 I 1F  = 3 I 0  Z 0

  l −n − 2 Z 1 = 3 *  V   I 1F 

 

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o eo e

q u v a en t e e

e

•  Ausencia de información: laos, enloecintrdifiiccaandoerlaásng so trG ife án siecroa.lm Aseinmteism ullo o ddeanlaecloerrqieunivta ele dn ete codrteo.corto •

o ay una so u uc c n

ea a pro ema, pero:

• rSeelacpioódnría up ne er laquleínelaa rd ee lactiróannsX , eqsueeqluleivgaaleh na testa a lla a X1s/R 1 od m1i/R sió1n . y 10. • Se puede suponer una relación Z0/Z1 igual a relación Z0/Z1 de la im edancia de la línea ue lle a hasta la fábrica. Debido a ue esta relación usualmente es un valor entre 2-4.5 es conservativo suponer un valor de 2. • Se puede suponer X0/R0 = X1/R1

 

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o eo e a

qu na

ncrona ncrona

Secuencia Positiva R = Rf  X = Xd"·Vr²/(100·Sr)

 

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o eo e a

qu na

ncrona ncrona

Las La s re reac acta tanc ncia ias s pre revi via ame ment nte e de desc scri rita tas s son react eacta anc ncia ias s de se secu cuen enci cia a . decaimiento de la corriente en el tiempo. El ge gene nera rado dorr as asim imiism smo o, ti tie ene las re reac acttan anci cias as re res sta tant ntes es:: .

2

X0 : reactancia de secuencia cero. R1 : res resis iste ten ncia cia de se sec cue uenc nciia po posi siti tiva va R2 : Res esis iste tenc ncia ia de se secu cuen enc cia ne nega gati tiv va. R0 : resistencia de secuencia cero. n genera :

0

2

”

d

Debido a que su efecto es despreciable en los R0   ≠ R1   ≠ R2 res re sulta ultad dos os,, se ac acos ostu tum mbr bran an a supo supone nerr igu gual ales es..

 

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o eo e a

ncrona ncrona

R = Rf Rf + 3·RE 3·RE

R = Rf   

qu na

·

²

·

X 0 = x 0 ·Vr²/ 100·Sr   X = X(0) + 3·XE

 

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Variación Varia riación ción de la corr corriente cor corrie riente iente nte con el tie ti tiempo empo durante dura du rante nte u n a fa una un fall lla a en te ttermina erminale rmin rm ina ales s del del generado genera generador  dor  r 

 

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Variación V ar i ac ió ión n d e la l a re rea act cta anc ncia ia de dell generador  gene ge nera rado dor  r  dura du durante rant nte eu una un n a falla f all lla a

 

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ar m e r o s e en r a a e a

aq u n a

ncrona ncrona

•Xd sat. Re Reactan actancia cia si sincrón ncrónica ica en % co con n respe respecto cto a Sr y V Vrr (valo (valorr satura saturado). do). Turb urbo o – SM: 120 .... 270 Polos salientes -SM: 70 .. 130

•Xd' sat. Reactancia Reactancia transitoria saturada saturada en % con respec respecto to a Sr y V Vrr. Este valor sólo se utiliza para cálculos de Cortocircuito de acuerdo a ANS ANSI. I. Los valores recomendados son: Turbo-SM: Turbo-S M: (1.4 .. 1.7)* xd" Polos salientes con devanado amortiguador:20 .. 45% •Xd" sat. Reactancia subtransitoria saturada en % con res ecto a Sr Vr. Los valores típicos son: •Turbo-SM: •T urbo-SM: 9 .. 22 (valores grandes para máquinas con Sr alto) •Polos salientes salientes - SM: 12 .. 30 (valores grandes si es u una na máquina con ro rotor tor e a a ve o oc c a y ra o

 

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  RG Resistencia equivalente del generador, generador, en Ohm. RG se toma en cuenta en el cálculo de todas las corrientes excepto para la corriente pico ip. Para el cálculo de , , de cálculo se utilice. Este valor ficticio de RG también se usa para el cálculo, si RG se ajusta en cero. •Rf = 0.05·Xd" (para Vr > 1 kV and Sr >= 100 MVA) •Rf = 0.07·Xd" (para Vr > 1 kV and Sr < 100 MVA) •Rf = 0.15·Xd" (para Vr 2- L2 :

Zf = 3.0 Ohm

 

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Fuentes generadoras de corrientes de cortocircuito

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Componentes Componen tes que limitan la corriente de cortocircuito

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Tipos de fallas

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Cálculo de las corrientes de cortocircuito

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