Metodos Para Fallas de Cortocircuito

Instituto Tecnológico de Cd. Guzmán

Materia: Instalaciones eléctricas industriales

Investigación y Método de Estudio de Cortocircuito

Prof.: Ing.

Alumnos: Luis

Ingeniería eléctrica

Isidro Ramos García

Gerardo García Alonso

14/05/2017

Marco teórico:

Una falla es cualquier evento que interfiere con el flujo normal de corriente, que ocasiona en el sistema un punto de operación fuera de lo normal. Este nuevo punto de operación tendrá que ser superado de una manera rápida a través del sistema sist ema de protecciones, de lo contrario contra rio podría llevar a que en el sistema se presente una salida parcial o total en el parque generador. Un aspecto importante a considerar en la operación y planeación de los Sistemas Eléctricos de Potencia es su comportamiento en condiciones transitorias y un caso de interés especial lo representa el comportamiento en condiciones de cortocircuito. La condición normal de un sistema eléctrico es sin falla, no obstante, no es posible evitar la presencia de fallas en las instalaciones por distintas causas, muchas de ellas fuera del control humano. Un sistema eléctrico en condiciones de falla puede sufrir daños que en ocasiones son graves, por lo que es necesario diseñar las instalaciones en tal forma que contengan los elementos de protección adecuados. Los estudios de cortocircuito son necesarios en los sistemas eléctricos porque proporcionan la información que sirve de base para la selección de los interruptores, el ajuste ajust e y la coordinación de protecciones considerando desde luego los efectos térmicos y dinámicos del cortocircuito que puedan ser soportados por los elementos del sistema eléctrico. Las fuentes que aportan corriente de cortocircuito están representadas por la alimentación del sistema, por las máquinas de respaldo y generación complementaria. También contribuyen al cortocircuito los motores síncronos, convertidores síncronos y motores de inducción. Los datos básicos requeridos para el cálculo son las impedancias de cada uno de los elementos del sistema eléctrico, encargados de limitar la corriente de cortocircuito, desde la alimentación hasta el punto en que se calcula la falla, referidas a una base común.

Introducción:

Existen diferentes métodos para el cálculo de las corrientes de cortocircuito, unos extensamente conocidos y algunos otros poco populares y más bien desarrollados para satisfacer las necesidades de empresas particulares, sin ser ampliamente difundidos. Dentro de estos métodos matemáticos se han seleccionado cuatro, por p or su amplio empleo en el análisis de sistemas y las diferencias que presentan a lo largo del desarrollo del análisis. Por la índole de los valores de análisis requeridos, estos métodos son empleados de forma específica en problemas de sistemas eléctricos, ya que dentro de estos existen algunos que

permiten efectuar estudios más detallados que otros, con ciertas ventajas en sus procedimientos que facilitan además la obtención de los valores requeridos, siendo el empleo de cada uno practico para el análisis de problemas específicos. A continuación, se describe el procedimiento requerido por cada uno de los métodos antes mencionados, que permiten obtener los valores de corrientes y potencias de cortocircuito. En estudios de sistemas eléctricos complejos complejo s con un elevado número de elementos se requiere el uso de elementos digitales de cálculo, pero es conveniente conocer la metodología básica para el estudio de cortocircuito, a fin de poder resolver problemas más o menos simples y poder comprender la metodología empleada en los métodos computacional. Solo hablaremos de estos dos métodos:  

BUS INFINITO Método de los MVA´

La selección del método que se utilizará para dicho estudio se efectúa de acuerdo al grado de aproximación que se requiera y dependiendo de la complejidad del sistema eléctrico a analizar.

Método de los MVA. Donde no es necesario considerar la resistencia de los elementos que integran el sistema, se puede emplear un método sencillo para calcular la potencia de cortocircuito simétrico en MVA y a partir de este valor calcular la corriente de cortocircuito. Este método es ampliamente utilizado para análisis de sistemas eléctricos de potencia en donde los niveles de tensión son altos. Para este método se deben seguir los siguientes pasos: 1) Convertir la impedancia de los equipos, de las líneas y alimentadores directamente a MVA de cortocircuito mediante las ecuaciones presentadas en la tabla 2.8.

2) Dibujar dentro de rectángulos o círculos todos los MVA de cortocircuito cortocircuito de equipos, alimentadores y líneas siguiendo el mismo arreglo que éstos tienen en el diagrama unifilar. 3) Sucesivamente combinar los MVA de cortocircuito del sistema hasta encontrar un valor equivalente en el punto de falla. a. Los valores en paralelo se suman directamente. b. Los valores en serie se combinan como si fueran impedancias en paralelo.

4) Calcular la corriente de cortocircuito trifásica, en amperes, para el punto de falla.

Para ilustrar este método y los subsecuentes se empleará el diagrama del sistema eléctrico siguiente:

En la figura 2.7 se presenta el diagrama unifilar de una instalación industrial que cuenta entre sus elementos con un generador (numero 1), interruptores de potencia (números 3 y 5), barras de conexión (4 y 8), transformador (numero 6), interruptores termomagnéticos (números 7 y 9), así como motor de inducción (10) y motores síncronos (11).

1. Como primer paso del método de análisis de los MVA, se pide convertir directamente las impedancias de los equipos y conductores directamente a MVA de cortocircuito, considerándose todas las cargas activas como son: generadores, transformadores y motores síncronos y de inducción, así como las líneas o ramas del sistema que permiten la conexión de las mismas al punto de falla, y despreciándose desprecián dose las cargas pasivas; para lo cual se emplearan las expresiones contenidas en la tabla 2.8, que se muestra a continuación :

2. Una vez obtenidos los valores en MVA de los elementos, se puede dibujar el diagrama requerido para el análisis, partiendo part iendo al igual que en el método anterior del diagrama unifilar, un ifilar, solo que esta vez representando a todos los elementos considerados como rectángulos o círculos, escribiendo dentro de los mismos la potencia en MVA calculada. Como se muestra en la figura 2.10.

Como se observa, los elementos considerados solo son las máquinas eléctricas, por comodidad, se desprecian los valores de resistencia y reactancia de las barras de conexión, esta eliminación se hace solo en sistemas de media y alta tensión ya que los valores de resistencia y reactancia de las mismas son lo suficientemente pequeños como para que el error que se obtiene al no incluir a estos elementos en el análisis se considere insignificante, pero los niveles de tensión permanecen indicados puesto que es en las barras de conexión en donde se proponen usualmente las fallas, y en este caso como se menciona con anterioridad, la falla se encuentra localizada en el mismo punto que en el ejemplo anterior ya que el objetivo es comparar las diferencias de desarrollo, complejidad de aplicación y ventajas de los distintos métodos convencionales de análisis propuestos.

3. El tercer paso de desarrollo del método MVA es el de la reducción del sistema por combinaciones sucesivas hasta llegar al punto de falla, con el fin de obtener la potencia de cortocircuito que se presentaría en ese punto del sistema. Para lo anterior se tiene las consideraciones de la tabla 2.9:

Ilustrando la reducción del sistema se aprecia lo obtenido en la figura 2.11.

Método de bus infinito.

Este método constituye de hecho un caso particular del método general de estudios de cortocircuito por el método de componentes simétricas descrito anteriormente, en el que se considera solo la falla trifásica. En principio se supone que el cortocircuito en la instalación es alimentado por una fuente infinita que incluye a la red y a las distintas plantas generadoras del sistema, constituyendo esto la parte activa, siendo la parte pasiva las impedancias de los distintos elementos. El procedimiento se menciona a continuación:



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

Se parte de un diagrama unifilar en donde se representen los elementos del sistema con sus datos de potencia, tensión e impedancia.

Se refieren las impedancias a valores valores bases de potencia y tensión con el objeto de poder realizar combinaciones entre ellos cuando se requieran obtener las impedancias equivalentes.

Se hace la reducción de las impedancias por combinaciones serie y paralelo, parale lo, y transformaciones delta  – estrella y viceversa, dependiendo el caso, hasta obtener una impedancia equivalente entre la fuente y el punto de falla seleccionado.

Las Corrientes y Potencia de cortocircuito en el punto de falla se calculan como sigue:

La Potencia de cortocircuito en el punto de falla se calcula como sigue:

Ejemplo:

Conclusión: Los métodos anteriores hablan de lo conveniente que es conocer la metodología básica para el estudio de cortocircuito en consideración al estudio de nuestra carrera. Las instalaciones eléctricas deben tener una calidad de instalación adecuada, así como todos sus elementos que la conforman el objetivo está claro la instalación eléctrica se debe diseñar para que, en situaciones de mal funcionamiento, ante una perturbación, sea capaz de soportar esta anormalidad pasajera y volver a operar correctamente, sin arriesgar la integridad de las personas, los bienes o la propia instalación. Bibliografía: http://www3.fi.mdp.edu.ar/dtoelectrica/files/electrotecnia3/corrientes_cortocircuito_sistemas_trifasicos.pdf  http://gama.fime.uanl.mx/~omeza/pro/SE/2.pdf  http://cdigital.uv.mx/bitstream/123456789/31106/1/GarciayHdz.pdf  https://manautomata.files.wordpress.com/2012/10/capitulo8.pdf  http://gama.fime.uanl.mx/~omeza/pro/SE/2E.pdf  http://www.ruelsa.com/notas/cortocircuito/cc20businfinito.html