Antecedentes Sistemas de Distribucion

 

Coordinación de Protecciones en Media Tensión  

Sistemas de Distribución

Esta es la part Esta parte e del sist sistem ema a el eléc éctr tric ico, o, const constit itui uida da por por los los cond conduct uctor ores es,, estructuras estru cturas,, aisladores, aisladores, equipos, etc., destinados destinados a unir eléctricame eléctricamente nte las fuen fuente tes s de ener energí gía a y lo los s co cons nsum umid idor ores es a travé través s de las su sube best staci acion ones es de distri dis tribuc bución ión,, sin pasar a través través de líneas líneas de transm transmisi isión. ón. Las fuente fuentes s de energía pueden ser: plantas propiamente dicho, subestaciones, etc. Las re Las rede des s de dist distri ribu buci ción ón ocup ocupan an un lu luga garr impo import rtan ante te en el si sist stem ema a electroenergético, siendo su función tomar la energía eléctrica de la fuente y distribuirlas o entregarlas a los consumidores. La afectividad conque las redes de distribución realizan esta función se mide en términos de regulación de  voltae, continuidad del servicio, !e"ibilidad, e#ciencia y costo. El costo de las redes red es de distri distribuc bución ión repres represent enta a apro"i apro"imad madame amente nte el $%& del costo costo del sistema eléctrico en su conunto. Las tareas de la distribución son el dise'o, construcción, operación y mantenimiento del sistema para poder brindar, al menor cos costo posible, un servicio cio eléctr ctrico ade adecua cuado al (rea bao ao co cons nsid ider erac ació ión, n, en la ac actu tual alid idad ad y en un fu futu turo ro pró" pró"im imo. o. Las Las re rede des s de distribución toman diferentes formas dependiendo de las características de la carga a servir, e"istiendo, sin embargo, varios principios comunes que éstas deben cumplir. )sí, las redes de distribución deben brindar servicio con un míni mí nimo mo de varia variacio cione nes s del del vo volt ltae ae y un mínim mínimo o de in inte terr rrup upci cion ones es.. Las interrupciones del servicio deben ser de corta duración y afectar al menor n*mero n*m ero posibl posible e de consum consumido idores res.. El costo costo total, total, incluye incluyendo ndo constr construcci ucción, ón, operación y mantenimiento del sistema, debe ser lo m(s económico posible, en dependencia de la calidad del servicio requerido por la carga en cuestión. El sistema debe ser !e"ible para permitir e"posiciones peque'as y cambios en las condiciones de carga con un mínimo de modi#caciones y gastos. +omo se pued pu ede e apre apreci ciar ar de lo anter anterio iorm rmen ente te e" e"pu pues esto to,, el di dise se'o, 'o, cons constr trucc ucció ión, n, manteni mant enimie miento nto y operac operación ión de las redes redes de distri distribuci bución ón son son factor factores es muy importantes a considerar para poder brindar un servicio eléctrico de calidad a un costo razonable. Clasifcación de las redes de distribución .

.

. .

-or su su ub ubicaci cació ón o tipo de de co construcci ció ón  )éreas  /ubterr(neas  0i"tas -or el el s se ervicio qu que pr prestan  1esidenciales  ndustriales  +omerciales  )lumbrado  0i"tas -or la dens densid idad ad de carga carga o tip tipo o de de (re (rea a ser servi vida da  1urales

 

3.

•

 2rbanas  0i"tas -or su con#guración  1adiales  Lazo  1ed

Subestación Eléctrica

Las subest subestaci aciones ones eléctr eléctrica icas s son las instal instalacio aciones nes encarga encargadas das de realiz realizar ar transformaciones de la tensión, de la frecuencia, del n*mero de fases o la cone"ión de dos o m(s circuitos. -ueden encontrarse -ueden encontrarse unto a las centrales generadoras generadoras y en la periferia de las zonas de consumo, en el e"terior o interior de los edi#cios. )ctualmente en las ciudades las subestaciones est(n en el interior de los edi#cios para ahorrar espacio esp acio y contam contamina inació ción. n. En cambio cambio,, las instal instalacio aciones nes al aire libre est(n est(n situadas en las afueras de la ciudad. Las subestaciones pueden ser de dos tipos: Subestaciones de transormación:  transormación:  son las encargadas de transformar la energía eléctrica mediante uno o m(s transformadores. Estas subestaciones pueden ser elevadoras o reductoras de tensión. Subestaciones de maniobra:  maniobra:   son las encargadas de conectar dos o m(s circuitos y realizar sus maniobras. -or lo tanto, en este tipo de subestaciones no se transforma la tensión. Principales tipos de averías  sus sistemas de protección: Las averías m(s frecuentes que se producen en los circuitos eléctricos son: Cortocircuito: Es la cone"ión voluntaria o accidental de dos puntos de un circuito entre los que hay una diferencia de potencial. Estas averías se tienen que eliminar en un tiempo inferior a los $ segundos.

Los sistemas de protección utilizados son:   

4usibles. /eccionadores. nterruptores electromagnéticos.

Sobreintensidad: Es una intensidad superior a la nominal y puede producir a su tiempo una sobrecarga o un cortocircuito. /e entiende por sobrecarga un aumento de corriente que sobrepasa la corriente nominal.  

Los sistemas de protección utilizados son: 4usibles

 



nterruptores electromagnéticos y magneto térmicos.

Contacto directo: es el contacto entre personas y partes activas de la instalación. Los sistemas de protección utilizados son:  

 )islar las partes activas de la la instalación. 5abilitar una distancia de seguridad mediante obst(culos.

Contacto indirecto: contacto de personas con masas que se encuentran accidentalmente en tensión, como por eemplo suele pasar con las carcasas de las m(quinas eléctricas.

La protección contra contactos indirectos m(s utilizada es la que combina el interruptor diferencial con las masas de tierra.  Perturbaciones:  Perturba ciones: 



/obretensiones: tensiones superiores al valor m("imo que pueden e"istir entre dos puntos de una instalación eléctrica. -ara evitar las sobretensiones se utilizan relés de protección contra sobretensiones. /ubtensiones: tensión inferior a la tensión nominal de funcionamiento del circuito. -ara evitar las subtensiones se instalan relés de protección

contra subtensiones. Defnición de los sistemas de protección Es necesar necesario io tener tener sistem sistemas as de protec protecció ción n a las difere diferente ntes s instal instalaci acione ones s eléctricas, como son: Cortacircuitos usible /on disp /on dispos osiitivo tivos s des destin inad ados os a cort cortar ar auto autom( m(ti tica cam ment ente el ci cirrcuit cuito o eléctrico cuando la corriente eléctrica !ue los atraviesa es mu alta" El fusible es la parte de un circuito que se funde si pasa de una intensidad superior para la que se construyó. El fusible es solo la l(mina o hilo conductor destinado afusible fundirse y, por lo tanto, a cortar el circuito, mientras que el cortacircuitos comprende, adem(s, la carcasa, los materiales de soportes, etc. #elé térmico 6ispositivo de protección que tiene la capacidad de detectar las intensidades no admisibles. admisibles. -or sí solo no puede eliminar la avería y necesita otro elemento que realice la descone"ión de los receptores. /e suele utilizar una l(mpara de se'alización al cerrar el circuito para indicar que el relé térmico ha actuado debido a una sobreintensidad no admisible. admisible. $nterruptor ma%neto térmico

 

6ispositi 6ispos itivo vo electr electrome omec(ni c(nico co con capacid capacidad ad para para cortar cortar,, por sí mismo, mismo, las sobreintensidades no admisibles y los cortocircuitos que se puedan producir. producir. •

Descone&i Descon e&ión ón por cortoci cortocircu rcuito ito:: act*a por principio de funcionamiento magnético. 2na bobina magnética crea una fuerza que por medio de un sistema de palancas se encarga de abrir el contacto móvil 7entrada de corriente8.

/i la corriente eléctrica que atraviesa el interruptor autom(tico supera la intensidad nominal de distintas veces, su apertura tiene lugar a un tiempo inferior a $ ms. •

Descone&ión por sobrecar%a Descone&ión sobrecar%a:: en este este caso caso act*a act*a por por pr prin incip cipio io de funcionamiento térmico.

2n bime bimeta tall se curv curva a cuand cuando o es at atra rave vesa sado do por por una una sobr sobrei eint ntens ensid idad ad no admisible y origina una fuerza que se transmite por medio de palancas y desconecta el contacto móvil. El tiempo de actuación lo determina la intensidad que lo atraviesa: a m(s intensidad menos tiempo tarda en actuar. actuar. $nterruptor dierencial 6ispositivo de protección que detecta y elimina los defectos de aislamiento. Este dispos Este dispositi itivo vo tiene tiene mucha mucha import importanc ancia ia en las instal instalacio aciones nes eléctr eléctrica icas s y necesita estar protegido de las sobreintensidades y cortocircuitos, colocando un interruptor magneto térmico antes del mismo. 6urante el funcionamiento de este dispositivo en situaciones de normalidad, la corriente que entra en un receptor tiene el mismo valor que el que sale de este. /in embargo, en caso de que haya un defecto de aislamiento, se producir( un desequilibrio entre la corriente de entrada y la de salida9 la variación de corriente no ser( nula. El interruptor diferencial act*a abriendo el circuito cuando detecta que esta variación de corriente no es nula. nula. $nterruptor o relé electroma%nético -rotegen las instalaciones eléctricas sometidas a picos de corriente fuertes 7por eemplo, cuando se arrancan motores en aparatos de elevación8, contra las sobrecargas importantes. Seccionadores 6ispositi 6ispos itivo vo mec(nic mec(nico o de cone"ió cone"ión n y descone descone"ió "ión n que permit permite e cambiar cambiar las cone"iones del circuito para aislar un elemento de la red eléctrica o una parte de la misma del resto de la red.  )ntes de poder secciona dor se debe cortar la corriente eléctrica del circuito. circuito . utilizar el seccionador

 

•

'aturale(a de las )allas

Las fallas son anormalidades en las cuales se pone en peligro la integridad de la instalación, de los bienes materiales y la vida de las personas. 6ebido a la graved gra vedad ad e"trem e"trema a de la situaci situación ón anorma anormal, l, el sistem sistema a eléctr eléctrico ico no puede puede continuar operando. )allas Transitorias: /on aquellas donde la pérdida de aislamiento de los elementos del sistema someti som etidos dos a tensió tensión n eléctr eléctrica, ica, es moment moment(ne (nea, a, es decir decir,, que se trata trata de aislamiento aislam ientos s del tipo recuperable. recuperable. Entre el %;.

)i%ura +" Eemplo +" Eemplo de falla permanente.

•

Coordinación de Protecciones Eléctricas

)ilosoía de las Protecciones: La función función primord primordial ial de un equipo equipo o disposit dispositivo ivo de protecci protección ón es la de descone des conecta ctarr r(pidam r(pidament ente e cualqui cualquier er elemen elemento to de un sistem sistema a eléctr eléctrico ico que sufra un corto circuito, sobrecarga o que empiece a operar en una forma anormall que pudiera causar anorma causar da'o o interferi interferirr con la operación operación efectiva efectiva del resto del sistema.

 

Estudio de Coordinación: La coordi coordinaci nación ón de protec proteccio ciones nes de sobrec sobrecorr orrien iente te consis consiste te en un estudi estudio o organizado tiempo ? corriente de todos los dispositivos en serie desde la carga hasta la fuente. Este estudio es una comparación del tiempo que toma cada uno de los dispositivos individuales para operar cuando ciertos niveles de corriente normal o anormal pasa a través de los dispositivos de protección. Características )uncionales de la Protección: Las características que se deben considerar durante el dise'o y coordinación de la las s prot protec ecci cion ones es que que de#n de#nen en un di dise se'o 'o e#ci e#cien ente te del del es esqu quem ema a de protecciones de cada sistema eléctrico son:      

/ensibilidad +on#abilidad /electividad /implicidad  3  3elocidad elocidad Economía

,onas de Protección: /e de#nen como el (rea de cobertura de un dispositivo de protección, el cual protege uno o m(s componentes del sistema eléctrico en cualquier situación anormal o falla que se presente. +omo: a8 Líneas de alta tensión. b8 @arras de alta tensión. c8 Aransformadores de potencia. d8 @arras y circuito de media tensión. e8 +ircuitos de distribución. f8 Aransformadores de distribución. g8 +ircuitos secundarios y acometidas. /e considera lo siguiente: 

Las zonas de protección se disponen de manera que se traslapen para que ninguna parte del sistema quede sin protección.



La protección primaria es la primera línea de defensa, mientras que la protección de respaldo solo act*a cuando falla la protección primaria.



La protección primaria opera para disparar el dispositivo de protección m(s cercano al componente fallado, haciendo posible que se desconecte *nicamente el elemento con falla.

 



El respaldo se de#ne como la protección que opera independientemente de un componente especí#co en el sistema de protección primaria, quiz(s duplique la protección -rimaria o solo opere si la protección primaria falla o est( temporalmente

La #gura B, es un eemplo de las consideraciones anteriores:

)i%ura -" -" Esquema  Esquema de un circuito de distribución en su respectiva coordinación de protecciones.  Lineamientos ./sicos: Los factores para la aplicación apropiada del equipo de protección: 



6istancia proteger. y calibres de conductores a lo largo del circuito que se desea  3  3oltae oltae del sistema.



+orrientes normales de carga.



Civele Cive les s de fa fall lla a m("i m("ima ma y míni mínimo mos s en los los punt puntos os que que se dese desean an proteger.

 

 3  3alores alores mínimos de operación. +aracterísticas operativas y secuencia seleccionada en los equipos de protección.

 

•

Criterios de Coordinación

 $nterruptor 0 $nterruptor  6ebe e"istir una coordinación mínima de %.B a %.D segundos entre ambas protecciones para la m("ima corriente de corto circuito.

)i%ura 1" +riterio 1" +riterio nterruptor ? nterruptor #elevador 0 #estaurador  6ebe e"istir una coordinación mínima de %.B a %.D segundos entre ambas protec pro teccio ciones nes para para la m("ima m("ima corrie corriente nte de corto corto circuit circuito o com*n com*n a ambos ambos equipos.

 

)i%ura 2" +riterio 2" +riterio 1elevador ? 1estaurador

#elevador 0 )usible 6ebe e"istir un margen mínimo en tiempo de coordinación de cuando menos %.B y %.D segundos entre la curva 0+A del fusible y la característica del relevador para la m("ima corriente de cortocircuito.

)i%ura 3" +riterio 3" +riterio 1elevador ? 4usible #estaurador 0 #estaurador  /e requiere un margen de tiempo mayor de %.> segundos entre sus curvas características tiempo;corriente para la m("ima corriente de falla com*n a ambos dispositivos.

 

)i%ura 4" +riterio 4" +riterio 1estaurador ? 1estaurador

#estaurador 0 )usible El punto m("imo de coordinación para una corriente de cortocircuito com*n a ambo am bos s disp dispos osit itiv ivos os se tien tiene e en la inte inters rsec ecci ción ón de la curv curva a r( r(pi pida da del del rest restau aurad rador or 7cor 7corre regi gida da por por un fa fact ctor or =8 =8 con con la caract caracter erís ísti tica ca 00A 00A del del fusible. El punto mínimo de coordinación para una corriente de cortocircuito com*n a ambos dispositivos se tiene en la intersección de la característica 0+A del fusible con la curva lenta del restaurador. restaurador. El factor = para compensar el efecto calentamiento;enfriamiento sufrido por el fu fusi sibl ble e debi debido do a la las s oper operac acio ione nes s r( r(pi pida das s de di disp spar aro o y re reci cier erre re del del restaurador.

 

)i%ura 5" +riterio 5" +riterio 1estaurador ? 4usible )usible 0 )usible 6ebe e"istir un margen mínimo en tiempo de coordinación del >$ & del tiempo de la 00A del fusible de respaldo, entre esta y la 0+A del fusible delantero o primario.

)i%ura 6" +riterio 6" +riterio 4usible ? 4usible

 

 

Calculo de Corto Circuito

La plani#cación, el dise'o y la operación de los sistemas eléctricos, requiere de minucio minuciosos sos estudi estudios os para para evaluar evaluar su compor comportam tamien iento, to, con#abi con#abilid lidad ad y segu seguri rida dad. d. Estu Estudi dios os tí típi pico cos s que que se re reali aliza zan n son son los los !uo !uos s de pote potenci ncia, a, estabilidad, coordinación de protecciones, c(lculo de corto circuito, etc. 2n buen dise'o debe estar basado en un cuidadoso estudio que se incluye la selección de voltae, tama'o del equipamiento y selección apropiada de las protecciones. La mayoría de los estudios necesitan de un compleo y detallado modelo que repres rep resent ente e al sistem sistema a eléctr eléctrico ico,, genera generalme lmente nte establ establecid ecido o en la etapa etapa de proyecto. Los estudios de corto circuito son típicos eemplos de éstos, siendo es esen enci cial al para para la se sele lecc cció ión n de equi equipo pos s y el aus auste te de sus sus re resp spec ecti tiva vas s protecciones. Las dime Las dimens nsio iones nes de una una inst instal alaci ación ón el eléct éctri rica ca y de los los mate materi rial ales es que que se instalan, así como la determinación de las protecciones de las personas y bienes bie nes,, precis precisan an el c(lcul c(lculo o de las corrie corriente ntes s de cortoc cortocirc ircuit uito o en cualqu cualquier ier punto de la red. 2n estudio de corto circuito tiene la #nalidad de proporcionar info inform rmaci ación ón sobr sobre e co corr rrie ient ntes es y vo volt lta aes es en un si sist stem ema a el eléc éctr tric ico o dura durant nte e condiciones de falla. -ero, Fqué es y cómo c ómo se origina un corto circuitoG  Defnición"

 

  2n corto circuito es un fenómeno eléctrico que ocurre cuando dos puntos entre los cuales e"iste una diferencia de potencial se ponen en contacto entre sí, caracte caracteriz riz(nd (ndose ose por elevad elevadas as corrie corriente ntes s circul circulante antes s hasta hasta el punto punto de falla. /e puede puede decir que un corto circuito circuito es también el establecimie establecimiento nto de un !uo de corriente eléctrica muy alta, debido a una cone"ión por un circuito de baa impedancia, que pr(cticamente siempre ocurren por accidente. La magnitud de la corriente de corto circuito es mucho mayor que la corriente nominal o de carga que circula por el mismo. )*n en las instalaciones con las protecciones m(s so#sticadas se producen fallas falla s por corto circuito. La corriente de corto circuito se puede entender an(logamente como el !uo de agua en una planta hidroeléct hidroeléctrica rica 7ver #gura #gura =%89 esto es, la cantidad cantidad de agua que !uye en condiciones normales depende de la carga de las turbinas, en este caso dentro de los límites razonables, no es de mayor importancia que el reservorio reservorio 7capacidad 7capacidad de almacenamien almacenamiento to de agua8 sea grande o peque'o. peque'o. Este !uo de agua sería comparable al !uo de corriente eléctrica de carga en un sistema de distribución eléctrico, como por eemplo el de una tienda de autoservicios. Entonces, si la presa se rompe la cantidad de agua que !uir( depender( de la capacidad del reservorio, y tendr( muy poca relación con la carga car ga de las turb turbin inas. as. En este este caso caso sí ti tien ene e much mucha a impo import rtanc ancia ia que que el reservorio sea grande o peque'o, ya que éste se asocia con la capacidad de potencia eléctrica que puede entregar la empresa que suministra energía al edi#cio en caso de un corto circuito.  )l igual que el !uo de agua en la planta hidroeléctrica, la corriente eléctrica de carga produc produce e traba trabao o *til, *til, mientras mientras que la corrie corriente nte de corto corto circuito circuito produce efectos destructivos. La magnitud de la corriente que !uye a través de un corto circuito depende principalmente de dos factores: Las características y el n*mero de fuentes que alimentan al corto circuito. 

La oposic oposición ión o resist resistenci encia a que presente presente el propio propio circuito circuito de distribución.



En co cond ndici icion ones es norm normal ales es de oper operaci ación ón,, la carga carga consu consume me una una corr corrie ient nte e proporcional al voltae aplicado y a la impedancia de la propia carga. /i se presenta un corto circuito en las terminales de la carga, el voltae queda aplicado *nicamente a la baa impedancia de los conductores de alimentación  y a la impedancia de la fuente hasta el punto de corto circuito, ya no oponiéndose la impedancia normal de la carga y gener(ndose una corriente mucho mayor.

 

 

)i%ura 6" )nalogía 6" )nalogía entre las corrientes de carga y corto circuito con el !uo de agua en una planta hidroeléctrica 7b8etivo de un estudio de corto circuito" El obetivo del estudio de corto circuito es calcular el valor m("imo de la corriente y su comportamiento durante el tiempo que permanece el mismo. Esto permite determinar el valor de la corriente que debe interrumpirse y cono conoce cerr el es esfu fuer erzo zo al que que son son some someti tido dos s los los equi equipo pos s duran durante te el ti tiem empo po tr trans anscu curr rrid ido o desd desde e que que se pr pres esen enta ta la fall falla a hasta hasta que que se in inte terr rrum umpe pe la circulación de la corriente. $mportancia del estudio de corto circuito" 2n aspecto importante a considerar en la operación y plani#cación de los si sist stem emas as el eléct éctri rico cos s es su comp compor orta tami mien ento to en cond condic icio ione nes s norm normal ales es,, sin sin embargo también es relevante observarlo en el estado transitorio9 es decir, ante una contingencia. Esta condición transitoria en las instalaciones se debe a distintas causas y una gran variedad de ellas est( fuera del control humano.  )nte ello los equipos yHo sistemas pueden sufrir da'os severos temporales o permanentes en condiciones de falla. f alla. -or lo tanto, es necesario de#nir equipos  y esquemas de protección adecuados al momento de dise'ar las instalaciones, de tal tal fo form rma a que que se as aseg egur ure e el corr correc ecto to dese desemp mpe' e'o o de la re red d el eléc éctr tric ica, a, apoyada por los dispositivos de monitoreo, detección y se'alización. 6ebido a lo indicado, se hace indispensable realizar estudios de corto circuito para par a determ determinar inar los nivele niveles s de corrie corriente nte ante ante fallas, fallas, las cuales cuales permit permiten en obtener información necesaria para seleccionar correctamente la capacidad de los equipos en función de los requerimientos mínimos que deben cumplir y así soportar los efectos de las contingencias. /in embargo, la presencia de

 

fallas es una situació ción indeseable en un sist istema eléctrico, co, pero lament lam entabl ableme emente nte no se pueden pueden prever prever pues pues se presen presentan tan eventu eventualm alment ente e teniendo diversos orígenes, por lo que ante estas condiciones, se debe estar en posibilidad de conocer las magnitudes de las corrientes c orrientes de corto circuito en todos los puntos de la red.

En general, se puede mencionar que un estudio de corto circuito sirve para:   





6eterminar las capacidades interruptivas de los elementos de protección como son interruptores, fusibles, entre otros. 1ealizar la coordinación de los dispositivos de protección contra las corrientes de corto circuito. -ermite -erm ite realizar estudios térmicos y din(micos que consideren los efectos de las corrientes de corto circuito en algunos elementos de las instalaciones como son: sistemas de barras, tableros, cables, ca bles, etc. Ibtener los equivalentes de Ahevenin y su utilización con otros estudios del sistema, como son los de estabilidad angular en los sistemas de potencia y ubicación de compensación reactiva en derivación, entre entre otros. +alcular las mallas de puesta a tierra, seleccionar conductores alimentadores.

6ebemos entender que la duración del corto circuito es el tiempo en segundos o ciclos durante el cual, la corriente de falla se presenta en el sistema. El fuerte incremento de calor generado por tal magnitud de corriente, puede destruir o enveecer los aislantes del sistema eléctrico, por lo tanto, es de vital imp im por orttanci ancia a redu reduci cirr est este ti tiem emp po al míni mínimo mo medi median ante te el uso uso de las protecciones adecuadas. Las contingencias originadas por un corto circuito son las m(s comunes en las inst instal alaci acion ones es el eléct éctri ricas cas de ti tien enda das s de autos autoser ervi vicio cios, s, por por tal tal moti motivo vo la importancia de conocer sus características, carac terísticas, como se origina, quien incrementa su valor, como estudiarlo, como protegerse ante esta situación, entre otras, es de gran relevancia en el sistema eléctrico. /i se protege adecuadamente ante adve ad vers rsid idad ades es prov provoc ocad adas as o no por por el se serr huma humano no,, ev evit itam amos os cual cualqu quie ierr contingencia, como un incendio, una electrocución, fallas en los equipos, etc. Est( comprobado con el paso del tiempo que cuando enfrentas a un enemigo muy persuasivo, pero que sabes como atacarlo, la lucha es m(s f(cil9 por eemplo cuando sucede una epidemia, si no se tiene información sobre la mism mi sma, a, el resu result ltad ado o se mani mani#e #est sta a en da'o da'os s mort mortale ales s a las las pers person onas as,, si sin n embargo cuando se estudia y se da la oportunidad de desarrollar vacunas, cuando el virus virus se presente, presente, va a estar controlado, controlado, pero tal vez no eliminado. eliminado. Lo mismo sucede con las contingencias eléctricas, en especial con el corto circuito, si conoces todo lo relacionado a él o gran parte, cuando se presente,

 

estar( controlado y eliminado en ese momento, pero mientras la cultura sobre las instalaciones eléctricas no cambie, el peligro siempre estar( latente. )uentes alimentadoras de corrientes de alla" Las fuentes principales de corrientes de corto circuito son los generadores e"ist e"i stent entes es en el sistem sistema a eléctr eléctrico ico y la genera generació ción n remota remota de la compa' compa'ía ía suministradora de energía eléctrica, los motores y condensadores sincrónicos, así como los motores de inducción, los cuales antes de que suceda la falla representan una carga para el sistema, pero en condiciones de corto circuito, se comportan como generadores durante un tiempo relativamente corto, ya que utilizan para su movimiento la energía almacenada en su masa 7energía cinética8 y en la de las maquinas acopladas a ellos. En la #gura =% se muestra el !uo de corriente de corto circuito de acuerdo a la aportación de cada elemento mencionado anteriormente. La corriente que cada una de estas m(quinas rotatorias aporta a la falla est( limitada por su impedancia y decrece e"ponencialmente con el tiempo a partir dell va de valo lorr que que adqu adquie iere re inme inmedi diat atam amen ente te desp despué ués s de la falla falla.. Ento Entonce nces s la impedancia que las m(quinas rotatorias presentan al cortocircuito es variable. Itro de los factores que in!uyen sobre la magnitud de la corriente de corto circuito son el momento, tipo y ubicación de la falla. -ara que la compa'ía suministradora realice la distribución de energía de mane ma nera ra adec adecu uada, ada, nece necesi sitta de una una inmen nmensa sa cant cantiidad dad de el elem emen ento tos s interconectados. En un sistema típico los generadores no se ven afectados por la aporta aportació ción n de corto corto circuit circuito o proven provenien iente te de una planta planta indust industria rial, l, solo solo e"ist e"i ste e un increme incremento nto en su corrie corriente nte de carga carga que tiende tiende a perman permanece ecerr constante. /i no fuera por la e"istencia de líneas de transmisión y distribución, así como de trans ransfo form rmad ado ore res s que que se ubic ubican an en medi medio o del del sumin uminis isttrad rador y el consumidor, la compa'ía suministradora estaría aportando corriente de falla de fo form rma a in#n in#nit ita. a. -ar ara a fa faci cili lida dad d de los los c( c(lc lcul ulos os de co cort rto o ci circ rcui uito to,, la representación dede la compa'ía es una impedancia referida al punto acometida,suministradora adem(s de proporcionar un valorequivalente de 03) cc cc. +uand +u ando o oc ocur urre re un cort corto o circ circui uito to en el circui circuito to al cual cual est( est( cone conect ctad ado o el generador, éste contin*a produciendo voltae porque la e"citación de campo se mantiene y el primomotor sigue moviéndolo a velocidad normal. El voltae generado produce una corriente de corto circuito de gran magnitud la cual !uye del generador 7o generadores8 al punto de falla. El motor síncrono act*a como generador y entrega corriente de corto circuito en el momento de una falla. Aan pronto como la falla se establece, el voltae en el sistema se reduce a un valor muy bao. +onsecuentemente el motor dea de entregar energía a la carga mec(nica y empieza a detenerse. /in embargo, la inercia de la carga y el rotor impiden al motor que se detenga, en otras palabras, la energía rotatoria de la carga y el rotor mueven al motor síncrono como un primomotor mueve a un generador. generador.

 

Los motores de inducción presentan el mismo efecto que un motor síncrono en el momento de una falla, la inercia de la carga y el rotor siguen moviendo al motor. /in embargo, e"iste una diferencia, el motor de inducción presenta un !uo, el cual funciona similarmente como el !uo producido en el campo de co corr rrie ient nte e di dire rect cta a en el moto motorr sí sínc ncro rono no.. Este Este !uo !uo de dell ro roto torr no deca decae e instan ins tant(n t(neam eament ente e y la inerci inercia a sigue sigue moviend moviendo o al motor motor,, esto esto origin origina a una tensión en el devanado del estator causando una corriente de corto circuito que !uye hasta el punto de falla mientras el !uo del motor decae a cero.

)i%ura *9" +ontribuciones *9" +ontribuciones de distintas fuentes a la corriente de corto circuito.

Los tipos de allas m/s recurrentes en la instalación eléctrica  los dierentes métodos de solución" Co hay duda que las fallas eléctricas por corto circuito y sobrecarga son las m(s comunes en las instalaciones de centros comerciales, sin embargo la que requiere mayor atención y estudio es la originada por corto circuito, debido a su naturaleza y las consecuencias que trae consigo. Entre las causas m(s frecuentes por corto circuito a nivel de instalaciones comerciales podemos mencionar las debidas a la ruptura o debilitamiento del aislamiento de conductores yHo equipos y los producidos por agentes ambientales, así como contacto accidental de conductores en líneas (reas por efecto del viento o por movimiento de los postes a causa de temblores o accidentes automovilísticos, o bien simplemente son errores de cone"ión. En virtud de que el corto circuito trae consigo un incremento s*bito del valor de la corriente, se produce también un incremento inmediato del campo

 

magnético asociado a esa corriente, hay que recordar que el campo magnético es directamente proporcional a la corriente eléctrica. Aípicamente se producen JchispasK y fusión de los conductores en el lugar en que estos se unieron para provocar la falla por corto circuito. En otras palabras, el corto circuito sublima a los cables, es decir pasa de ser sólido a gas sin ser líquido, debido a una emisión descontrolada de electrones, los cuales tienden salir y por loun tanto e"plota que saca esas JchispasK, o seaa se presenta arcoaparenta eléctrico.que Aambién seopuede desprender material de los conductores a causa de la corriente tan intensa. Estos elementos pueden causar a su vez que se produzca fuego en materiales consumibles o e"plosiones en atmósferas peligrosas. )dem(s, los aislamientos de los conductores se calientan r(pidamente y también pueden incendiarse. Características del corto circuito: asimetría" 2na corri 2na corrien ente te en régi régime men n norm normal al es una una onda onda se seno noid idal al a % M5zN y de ampli amp litu tud d co cons nsta tant nte, e, pero pero cuand cuando o suced sucede e un cort corto o ci circ rcui uito to,, la onda onda de corriente corrie nte sigue siendo senoidal senoidal con la misma misma frecuencia frecuencia pero va decreciendo decreciendo e"ponencialmente desde un valor inicial m("imo hasta su valor en régimen estacionario, ya que el corto circuito es esencialmente de car(cter transitorio. Lo anterior se observa en la #gura D.D en la curva de la corriente total. El período de ocurrencia de falla por corto circuito se divide en una serie suce su cesi siva va de inte interv rval alos os Jc Jcas asii es esta taci cion onar ario iosK sK,, los los cual cuales es son son el perí períod odo o subtransitorio, transitorio y estacionario o permanente. /e tiene que tomar en cuent uenta a el concepto de impedanci ancia a para ara determinar la cor corriente correspondiente a cada uno de estos estados o intervalos. Esta impedancia es  variable con el tiempo en las m(quinas rotativas. En las m(quinas rotativas de corriente alterna generalmente la impedancia pued pu ede e mode modela lars rse e como como una una react reactan anci cia a in indu duct ctiv iva a debi debido do a la natu natural ralez eza a induct ind uctiva iva de sus arroll arrollados ados,, por lo que genera generalme lmente nte se consid considera eran n tres tres reactancias asociadas a cada uno de los intervalos en los que se divide la falla: 





La reactan reactancia cia subtra subtransi nsitor toria ia OdK que que es la react reactan ancia cia apare aparent nte e del del arrollado del estator en el instante del corto circuito y determina el !uo !u o de corriente en los primeros B% ciclos 7hasta P segundo8 apro"imadamente. La reacta reactancia ncia transi transitor toria ia OQ que determ determina ina la corrie corriente nte durant durante e el período siguiente al subtransitorio y abarca el rango de tiempo entre P  y > segundos después de de la ocurrencia del corto circuito. La reactan reactancia cia sincró sincrónic nica a Os, la cual cual dete determ rmin ina a el !uo !uo de corr corrie ient nte e cuando se establece el período estacionario.

6epe 6e pend ndien iendo do de la magn magnit itud ud y defas defasae ae en el ti tiem empo po entre entre las onda ondas s de tensión defalla corriente un sistema en el momento de corto corrientey de puede de presentar características de asimetría con circuito, respecto la al

 

ee normal de la corriente9 en general esto ocurre cuando la onda de tensión normal se encuentra en un valor distinto a su pico m("imo en el momento de ocurrencia de la falla. -ara producir la m("ima asimetría el corto circuito siempre debe ocurrir cuando la onda de tensión se encuentre pasando por cero. cer o. En un sistem sistema a trif(s trif(sico ico balance balanceado ado,, la m("ima m("ima corrie corriente nte asimét asimétrica rica ocurre solamente en una de las fases del sistema 7cualquiera de las tres8. La de dos la corriente corrient e de corto surge surge de debido a que alterna la corriente queasimetría !uye tiene componentes: elcircuito componente corriente y un compon com ponent ente e de corrie corriente nte directa, directa, tal como ocurre ocurre en los circuitos circuitos 1L de corriente alterna. Esta componente d.c. decrece a medida que pasa el tiempo  ya que su energía se disipa en forma de calor por la resistencia del circuito 7efecto Roule8. 6ebido a esto, la relación de decrecimiento es inversamente proporcional propo rcional a la relación relación entre la resistencia resistencia y reactancia del circuito circuito 7OH18, es decir entre m(s baa es la relación OH1, m(s r(pido es el decrecimiento. -or eemplo, en sistemas de baa tensión, la relación OH1 generalmente es baa, apro"imadamente menor a =$, por lo que la componente d.c. decae a cero en un rango entre = y  ciclos dependiendo del caso. +omo se observa en la #gura ==, el valor m("imo de la corriente asimétrica ocurre cerca del medio ciclo a partir del instante del corto circuito.

)i%ura **" )simetría **" )simetría de la corriente de corto corto circuito. +omo se dio anteriormente, las corrientes de corto circuito tienen varias fuentes, las cuales contribuyen en forma diferente dependiendo de su naturaleza 7ver #gura =>8. ) causa de que las corrientes de las m(quinas rotativas decrecen a medida que se reduce el !uo después del corto circuito, la corriente de falla total decae con el tiempo. +onsiderando solamente la parte simétrica de la corriente, la magnitud es m("ima en el primer medio ciclo luego del corto circuito y de un valor m(s bao unos pocos ciclos después. Cótese que la componente del motor de inducción desaparecer( completamente luego de uno o dos ciclos, e"ceptuando los motores m(s grandes en la cual se puede presentar por m(s de cuatro ciclos.

 

 

)i%ura *+" )portación *+" )portación de corriente de falla de diversas fuentes. +uando la corriente nominal o capacidad del equipo es e"presada como una corriente rms total de primer ciclo 7asimétrica8 o corriente de cresta de primer ciclo, la actividad de la corriente de corto circuito simétrica calculada es multiplicada por un factor de multiplicación correspondiente encontrado en el est(ndar aplicable para obtener la actividad de corriente rms total 7asimétrica8 de primer ciclo adecuada o la actividad de corriente de cresta del primer ciclo, para comparación. En los sistemas de baa tensión que se tienen longitudes de conductor considerables, la relación OH1 puede ser tan reducida que el uso de un factor de multiplicación de =.>$ origine un error importante, motivo por el cual se utiliza este factor. factor. )unque en consecuencia, consecuenc ia, es estos sistemas en que se considera la reactancia, conviene determinar la relación OH1 que resulta y luego hallas el factor de multiplicación mínimo. )allas )a llas m/s comunes en el sistema" /e sabe que normalmente las corrientes de corto circuito son muy elevadas, entre $ y >% veces el valor m("imo de la corriente de carga en el punto de falla. Las fallas por corto circuito se pueden clasi#car en dos grandes grupos:

 





/imétricas 7balanceadas8. En las fallas simétricas la corriente de las tres fases del sistema son iguales en el instante del corto circuito, por eemplo: 

+orto circuito trif(sico: /ucede cuando se ponen en contacto las tres fases en un mismo punto del sistema. Es el corto circuito m(s severo en la mayoría de los casos.



+orto circuito trif(sico a tierra: /e ponen en contacto las tres fases y tierra en un mismo punto del sistema 7muy raro8.

 )simétricas 7desbalanceadas8. )quí la la corriente en las tres fases del sistema no son iguales en el instante de falla. Entre éstas fallas tenemos:  +orto circuito bif(sico 7fase a fase8: Esta falla aparece cuando se ponen en contacto dos fases cualesquiera del sistema.  +orto circuito bif(sico a tierra 7dos fases a tierra8: En ésta sucede lo mismo que en la anterior con la salvedad que también entra en contacto la tierra.  +orto circuito monof(sico 7fase a tierra8: Icurre al ponerse en contacto una fase cualquiera con la tierra del sistema. Esta falla es la m(s frecuente en las instalaciones eléctricas de tiendas de autoservicio.

-ara poder entender cómo se originan estas fallas m(s m( s a fondo, es necesario nec esario echar mano de varias herramientas matem(ticas, tales como diagramas uni#lares, sistemas en por unidad, las la s componentes simétricas, diagramas de secuencia, entre otros. +ada herramienta tiene una in!uencia importante en el estudio de cada falla, así como en los métodos de solución. Métodos de solución" E"isten diferentes tipos de solución para el an(lisis de fallas 7estudio de corto circuito8, entre los cuales se destacan el método de las componentes simétricas que es un método e"acto, pero que com*nmente se confunde con el método denominado por unidad. ) continuación se describe una lista de los métodos m(s conocidos.     

0étodo de las componentes simétricas 7método e"acto8. 0étodo porcentual 7método por unidad8. 0étodo de 03)Qs 7método de las potencias8. 0étodo de la matriz Sbus 7método e"acto8. 0étodo por softTare. i. 0étodo de las componentes simétricas. Este método se basa principalmente en el desarrollo de las componentes simétricas y su relación con las redes de secuencia. /e toman en cuenta las siguientes consideraciones:

 



 



6ibuar un diagrama correspondiente al punto de falla en donde se muestre todas las cone"iones de las fases en dicho punto, se indicar(n corrientes,  voltaes, impedancias considerando su polaridad y direcciones. direcciones. Escribir las ecuaciones que relaciona los voltaes y corrientes conocidas para el tipo de falla en estudio. Aransformar corrientes y voltaes del punto anterior de fases abc a secuencias %=>.



E"aminar corrientes de secuencia para determinar la cone"ión apropiada de las terminales 4 y C de las redes de secuencia para satisfacer las condiciones del punto B. E"aminar los voltaes de secuencia para obtener la cone"ión apropiada de las terminales 4 y C de las redes de secuencia para satisfacer los puntos B y D. 6espués de realizar los puntos anteriores, se obtienen diferentes ecuaciones de c(lculo de la corriente de falla en an(lisis, entonces:



4alla monof(sica:



4alla bif(sica:



4alla bif(sica a tierra:



4alla trif(sica:

 )dem(s de las consideraciones anteriores y de las ecuaciones mencionadas, este método debe en primera instancia de#nir una potencia base en 03) o U3) y un voltae base en U3 y posteriormente convertir todas las impedancias del sistema a valores en por unidad en dichas bases. nmediatamente después se debe realizar una reducción de todas las impedancias a una sola en el punto de falla, es decir aplicar el teorema de Ahevenin al sistema.

 

ii. 0étodo por unidad. Este método como ya se mencionó en ocasiones se confunde con el anterior, debido a que su procedimiento es muy parecido. /e basa principalmente en encontrar valores en por unidad de todos los equipos que se encuentren en el sistema, por lo que el procedimiento se reduce en encontrar la reactancia equivalente sistema seg*n laselemento leyes de los circuitos eléctricos, las resistencias del particulares de cada signi#cativo del sistema. -ara cada puto de falla previsto deber( resolverse la red resultante, no olvidando considerar las reactancias de m(quinas rotatorias que sea necesario incluir en la red, dependiendo del n*mero de ciclos en que se desee calcular la corriente de corto circuito. En circuitos de alta y media tensión, es de interés conocer la corriente moment(nea 7=H> a = ciclo8 y la corriente para interrupción 7 ciclos8, en tanto que en baa tensión solo la corriente moment(nea es de interés. El método basa sus c(lculos en la ecuación general para sistemas en por unidad y es:

Este método es generalmente el m(s apropiado cuando en el circuito e"isten diversos niveles de voltae. El n*mero base es también llamado valor unidad ya que en el sistema de Jpor unidadK tiene un valor unitario. )sí, una tensión base es también llamado tensión en unidad. El símbolo que se usa para e"presar valores en Jpor unidadK es

´  X 

, usando también la abreviatura JpuK como subíndice de la O

magnitud en cuestión pu . iii. 0étodo por 03)Qs. 03)Qs. Este método es usado en donde se requiera no ser considerada la resistencia de los elementos que integran el sistema, ya que resulta ser un método apro"imado. El desarrollo de este método se basa en los siguientes pasos: 

La impedancia del equipo deber( convertirse directamente a 03) de corto circuito por la ecuación D., si la reactancia del equipo est( en & o por la ecuación D.V, si la reactancia est( en por unidad.

 



La impe impeda danc ncia ia de líne líneas as y al alim imen enta tado dore res s 7c 7cab able les8 s8 debe deber( r( co conv nver erti tirs rse e directamente a 03) de corto circuito por medio de la ecuación D., si la reactancia de la línea est( en Ihms.

6onde se observa que los U3 son los correspondientes a los de línea; línea del cable. 

6ibuar dentro de rect(ngulos o círculos todos los 03) de corto circuito de equipos y alimentadores siguiendo el mismo arreglo que éstos tienen en el diagrama uni#lar. uni#lar.



+ambia +amb iarr lo los s valo valore res s de 03)  03) cc del si sist stem ema a hast hasta a enco encont ntra rarr un valo valorr cc  del equivalente en el punto de falla, considerando que los valores en serie se combinan como si fueran resistencias en paralelo y los valores que estén en paralelo se suman directamente.



1educir el diagrama uni#lar 7ya con los cambios del punto anterior8 como si fuera una red de secuencias del método de componentes simétricas.



+on el valor encontrado en el paso anterior, se calcula la corriente de corto circuito trif(sico de la siguiente manera:

6onde se observa que los U3 son los correspondientes a los de línea; línea en el punto de falla. +abe mencionar que, este método solo se aplica a una falla trif(sica, ya que para una monof(sica el procedimiento se complica demasiado. iv. 0étodo de la matriz Sbus. Este método al igual que el de las componentes simétricas se considera un método e"acto. El desarrollo de este método solo se ha aplicado a falla

 

trif(sica, pero se puede aplicar a cualquier falla. /e trata de encontrar la matriz de impedancias S bus y esto se logra obteniendo la matriz de admitancias  W bbus us, entonces el procedimiento es el siguiente: 

+alcular las admitancias de secuencia positiva de las ramas del circuito de impedancias, en por unidad, por la medio de la ecuación:

6onde: Si X mpedancia entre los nodos i y . 

/e forma la matriz de admitancias W bbus us, de secuencia positiva por inspección de la red.

6onde: n es el n*mero de buses. Los elementos de la diagonal principal: W ====, W >>>>, W nn nn, etc. /e obtienen sumando todas las admitancias que estén conectadas al bus correspondiente. 0ientras los elementos fuera de la diagonal principal se obtienen o son todas las admitancias que unen a dos buses pero con signo combinado. 

/e calcula la matriz de impedancias de secuencia positiva S bus por medio de la ecuación:



/e calculan las corrientes de corto circuito en cada bus: -ara el bus U:

 

 3 U     X 3oltae de prefalla 7E a=8 en el bus U. U X 

/e calculan los voltaes nodales en todos los buses del sistema cuando ocurre la falla en el bus U, es decir, para el bus JnK cuando ocurre la falla en el bus JUK:



/e calculan las corrientes en las ramas al ocurrir la falla 7c(lculo de corrientes de contribución a la falla8:

6onde: V i X 3oltae 3oltae en el bus JiK cuando ocurre la falla en el bus JUK V   j X 3oltae en el bus JK cuando ocurre la falla en el bus JUK

  X mpedancia primitiva primitiva de la línea entre los buses JiK y JK Y ijij X )dmitancia de la línea entre los buses JiK y JK ij



/i se calculan las corrientes sólo en función de las impedancias:

6onde:  Z ik ik se obtiene de la matriz S bus.  Z k se obtiene de la matriz S bus.  Z kk kk se obtiene de la matriz S bus.

 

+omo se logra observar, observar, este método es m(s complicado que los anteriores, de aquí su poca aplicación en los sistemas de baa tensión.  v.  v. 0étodo por softTare. Este método est( restringido al softTare que se manee, ya que cada fabricante ocupa distintos par(metros de dise'o y con#guraciones de su sistema. +abe se'alar que a*n cuando se dise'e muy cuidadosamente un sistema eléctrico, este estar( siempre e"puesto al da'o que puedan causar !uos de corriente en condiciones de cortocircuito tales como sobrecalentamientos y arcos eléctricos destructivos. -ara asegurar que los equipos de protección puedan aislar fallas r(pidamente y minimizar el da'o de cada uno de los componentes del sistema de potencia y el riesgo del personal, el estudio de corrientes de corto circuito debe ser incluido en el dise'o de los sistemas eléctricos de baa tensión y también cuando se hagan modi#caciones a los sistemas e"istentes.

 

 

ETP *+"3

EA)- es un paquete integral de soluciones de softTare, incluyendo el !uo de carga carga,, corto cortocircu circuito, ito, estab estabilidad ilidad transitor transitoria, ia, ampli ampli#cado #cadorr de sincronización, cable de alimentación, el !uo de potencia óptimo y así  sucesivamente. -uede ser modular el rendimiento de una sola compa'ía con el #n de cubrir las necesidades de las peque'as y grandes sistemas de energía personalizados. EA)- 1eal;Aime disponen de un conunto integrado de programas de softTare de monitorización electrónica inteligente de energía, gestión de ene energí rgía, a, opt optimi imizac zación ión de dell sis sistem tema, a, la aut automa omatiz tizaci ación ón ava avanza nzada da y proporciona las previsiones momento momento..  )plicaciones de red conceptual EA)- de red inteligente con la posibilidad de utilizar herramientas para la plani#cación, coordinación  y eecución de una red segura. Esta capacidad de gestión del sistema en tiempo real, el control, la  virtualización, la optimización y automatización de redes de distribución de energía. EA)- soluciones de negocio m(s completas para el dise'o, simulación, eecución, supervisión, optimización y automatización de generación, transmisión, distribución y sistemas de potencia industriales.

 

EA)- en virtud de un programa de garantía de calidad y para el mundo como un softTare escrito por encima del nivel de uso es impresionante. EA)EA )- est st( ( dise dise'a 'ado do co con n si siet ete e idio idioma mas s qu que e pu pued eden en in info form rmes es de resultados se traducen a ocho idiomas. +omo una so +omo soluc lución ión de neg negoci ocios os co compl mpleta etamen mente te int integr egrado ado,, EA EA))- se desarrolló en un sistema de administración de energía en tiempo real para par a su super pervis visar ar el fun funcio cionam namien iento to del sis siste tema ma de po poten tencia cia,, co contr ntrol, ol, automatizar y optimizar la simulación. nstalaciones y características de softTare de EA); )n(lisis de los módulos integrados ; +able +onceptos ; +onceptos de líneas de transmisión ; +able )mpacidad ; +able de medición ; Yestión de cables ; 1educir el riesgo y meorar la seguridad ; 4(cil 4(cil y r(pida evaluación de los resultados y las decisiones ; Edición multilenguae ; 0(s r(pido que en tiempo real soluciones similares ; /istema de gestión de energía ; /istema de Yestión de la Energía ; /istema de Yestión de -roducción ; /istema de Yestión de la 6istribución ; En línea de carga inteligente ; /oluciones de micro red y de redes inteligentes