Cálculo de Fallas Eléctricas

Definición de Cálculo de Fallas Eléctricas

El cálculo de fallas eléctricas implica determinar las corrientes y voltajes de falla máximos y mínimos en diferentes puntos de un sistema de potencia para diseñar sistemas de protección.

Impedancia de Secuencia Positiva

La impedancia de secuencia positiva es la resistencia que enfrenta la corriente de secuencia positiva, crucial para calcular fallas trifásicas.

Impedancia de Secuencia Negativa

La impedancia de secuencia negativa es la resistencia que enfrenta la corriente de secuencia negativa, importante para comprender las condiciones de falla desequilibradas.

Impedancia de Secuencia Cero

La impedancia ofrecida por el sistema al flujo de corriente de secuencia cero se conoce como impedancia de secuencia cero.En los cálculos de falla anteriores, Z1, Z2 y Z0 son la impedancia de secuencia positiva, negativa y cero, respectivamente. La impedancia de secuencia varía según el tipo de componentes del sistema de potencia en consideración:

• En componentes estáticos y equilibrados del sistema de potencia, como transformadores y líneas, la impedancia de secuencia ofrecida por el sistema es la misma para las corrientes de secuencia positiva y negativa. En otras palabras, la impedancia de secuencia positiva y negativa es la misma para transformadores y líneas de potencia. Pero en el caso de máquinas rotativas, la impedancia de secuencia positiva y negativa es diferente.

• La asignación de valores de impedancia de secuencia cero es más compleja. Esto se debe a que las tres corrientes de secuencia cero en cualquier punto de un sistema de potencia eléctrica, estando en fase, no suman cero sino que deben regresar a través del neutro y/o tierra. En transformadores y máquinas trifásicas, los flujos debido a los componentes de secuencia cero no suman cero en el yugo o sistema de campo. La impedancia varía ampliamente dependiendo de la disposición física de los circuitos magnéticos y bobinados.

• La reactancia de las líneas de transmisión para corrientes de secuencia cero puede ser de aproximadamente 3 a 5 veces la corriente de secuencia positiva, siendo el valor más bajo para líneas sin cables de tierra. Esto se debe a que la separación entre el ida y vuelta (es decir, neutro y/o tierra) es mucho mayor que para las corrientes de secuencia positiva y negativa, que se equilibran dentro de los grupos de conductores trifásicos.

• La reactancia de secuencia cero de una máquina se compone de reactancia de fuga y bobinado, y un pequeño componente debido al equilibrio de bobinado (depende de la trama de bobinado). La reactancia de secuencia cero de los transformadores depende tanto de las conexiones de bobinado como de la construcción del núcleo.

Análisis de Componentes Simétricos

El cálculo de fallas anterior se realiza bajo la suposición de un sistema trifásico equilibrado. El cálculo se hace para una sola fase, ya que las condiciones de corriente y voltaje son las mismas en las tres fases.

Cuando ocurren fallas reales en el sistema de potencia eléctrico, como fallas de fase a tierra, fase a fase y doble fase a tierra, el sistema se vuelve desequilibrado, lo que significa que las condiciones de voltaje y corriente en todas las fases ya no son simétricas. Estas fallas se resuelven mediante el análisis de componentes simétricos.

Generalmente, un diagrama vectorial trifásico puede reemplazarse por tres conjuntos de vectores equilibrados. Uno tiene rotación de fase opuesta o negativa, el segundo tiene rotación de fase positiva y el último es cofaseal. Esto significa que estos conjuntos de vectores se describen como secuencia negativa, positiva y cero, respectivamente.

Donde todas las cantidades se refieren a la fase de referencia r. De manera similar, se pueden escribir un conjunto de ecuaciones para las corrientes de secuencia también. A partir de las ecuaciones de voltaje y corriente, uno puede determinar fácilmente la impedancia de secuencia del sistema.