Càlcul de faltes elèctriques | Impedància de seqüència positiva, negativa i zero
Abans d'aplicar un sistema de protecció elèctrica adequat, és necessari tenir un coneixement exhaustiu de les condicions del sistema d'energia elèctrica durant les falles. El coneixement de la condició de falla elèctrica és necessari per implementar diferents relés de protecció en diferents llocs del sistema d'energia elèctrica.
Es requereix informació sobre els valors màxims i mínims de corrents de falla, voltatges en aquestes falles en magnitud i relació de fase amb les corrents en diferents parts del sistema d'energia, per aplicar correctament el sistema de relé de protecció en aquestes diferents parts del sistema d'energia elèctrica. La recopilació d'informació des de diferents paràmetres del sistema s'anomena generalment càlcul de falla elèctrica.
El càlcul de falla, en termes generals, significa el càlcul de la corrent de falla en qualsevol sistema d'energia elèctrica. Hi ha principalment tres passos per calcular les falles en un sistema.
Elecció de rotacions d'impedàncies.
Reducció de la xarxa del sistema d'energia elèctrica complicada a una sola impedància equivalent.
Càlcul de corrents i voltatges de falla utilitzant la teoria de components simètrics.
Notació d'impedància del sistema d'energia elèctrica
Si observem qualsevol sistema d'energia elèctrica, trobarem diversos nivells de tensió. Per exemple, suposem un sistema d'energia típic on l'energia elèctrica es genera a 6,6 kV, llavors aquesta potència de 132 kV es transmet a la subestació terminal on es redueix a nivells de 33 kV i 11 kV, i aquest nivell de 11 kV pot reduir-se més a 0,4 kV.
Per tant, a partir d'aquest exemple, queda clar que una mateixa xarxa de sistema d'energia pot tenir diferents nivells de tensió. Així, el càlcul de la falla en qualsevol lloc del dit sistema es converteix en molt difícil i complicat si intentem calcular l'impedància de diferents parts del sistema segons el seu nivell de tensió.
Aquesta dificultat es pot evitar si calculem l'impedància de diferents parts del sistema en referència a un sol valor base. Aquesta tècnica s'anomena notació d'impedància del sistema d'energia. En altres paraules, abans del càlcul de falla elèctrica, els paràmetres del sistema, han de ser referits a quantitats base
i representats com a un sistema uniforme d'impedàncies en ohms, percentatge o valors per unitat.
La potència elèctrica i el voltatge normalment es prenen com a quantitats base. En un sistema trifàsic, la potència trifàsica en MVA o KVA es pren com a potència base i el voltatge entre línia en KV es pren com a voltatge base. L'impedància base del sistema es pot calcular a partir d'aquests valors de potència base i voltatge base, com segueix,
Per unitat és un valor d'impedància de qualsevol sistema, no és res més que la raó de l'impedància real del sistema al valor base d'impedància.
Impedància en percentatge
es pot calcular multiplicant 100 pel valor per unitat.
De vegades, també és necessari convertir els valors per unitat referits a nous valors base per simplificar diferents càlculs de falla elèctrica. En aquest cas,
La elecció de notació d'impedància depèn de la complexitat del sistema. Generalment, el voltatge base d'un sistema s'escull de manera que requeixi el nombre mínim de transferències.
Suposem, un sistema amb un gran nombre de línies aèries de 132 KV, poques línies de 33 KV i molt poques línies de 11 KV. El voltatge base del sistema es pot escollir com a 132 KV, 33 KV o 11 KV, però aquí el millor voltatge base és 132 KV, perquè requeix el nombre mínim de transferències durant el càlcul de falla.
Reducció de xarxa
Després de triar la notació d'impedància correcta, el següent pas és reduir la xarxa a una sola impedància. Per a això, primer hem de convertir l'impedància de tots els generadors, línies, cables, transformadors a un valor base comú. Després, preparem un diagrama esquemàtic del sistema d'energia elèctrica mostrant l'impedància referida al mateix valor base de tots aquests generadors, línies, cables i transformadors.
La xarxa es redueix a una sola impedància equivalent comuna utilitzant les transformacions estrella/triangle. S'haurien de preparar diagrames d'impedància separats per les xarxes de seqüència positiva, negativa i zero.
Les falles trifàsiques són úniques ja que són equilibrades, és a dir, simètriques en tres fases, i es poden calcular a partir del diagrama d'impedància de seqüència positiva d'una fase. Per tant, la corrent de falla trifàsica es obté per,
On, I f és la corrent total de falla trifàsica, v és el voltatge entre fase i neutre z 1 és l'impedància total de seqüència positiva del sistema; assumint que en el càlcul, les impedàncies estan representades en ohms en una base de voltatge.
Anàlisi de components simètrics
El càlcul de falla anterior es fa assumint un sistema trifàsic equilibrat. El càlcul es fa només per una fase, ja que les condicions de corrent i voltatge són les mateixes en totes tres fases.
Quan ocorren falles reals en un sistema d'energia elèctrica, com ara falles de fase a terra, falles de fase a fase i falles dobles de fase a terra, el sistema es converteix en desequilibrat, és a dir, les condicions de voltatge i corrent en totes les fases ja no són simètriques. Aquestes falles es resolen mitjançant anàlisi de components simètrics.
Generalment, el diagrama vectorial trifàsic pot substituir-se per tres conjunts de vectors equilibrats. Un té rotació de fase oposada o negativa, el segon té rotació de fase positiva i l'últim és cophasal. Això vol dir que aquests conjunts de vectors es descriuen com seqüència negativa, positiva i zero, respectivament.
L'equació entre les quantitats de fase i de seqüència és,
Per tant,
On totes les quantitats es refereixen a la fase de referència r
.
De manera similar, es poden escriure un conjunt d'equacions per les corrents de seqüència. A partir de les equacions de voltatge i corrent, es pot determinar fàcilment l'impedància de seqüència del sistema.
El desenvolupament de l'anàlisi de components simètrics depèn del fet que en un sistema d'impedàncies equilibrades, les corrents de seqüència només poden donar lloc a caigudes de tensió de la mateixa seqüència. Un cop estan disponibles les xarxes de seqüència, aquestes es poden convertir en una sola impedància equivalent.
Suposem que Z1, Z2 i Z0 són les impedàncies del sistema per al flux de corrents de seqüència positiva, negativa i zero, respectivament.
Per a falles a terra
Falles de fase a fase
Falles dobles de fase a terra
Falles trifàsiques
Si es requereix la corrent de falla en qualsevol branca particular de la xarxa, aquesta es pot calcular després de combinar els components de seqüència que flueixen en aquesta branca. Això implica la distribució de les corrents de components de seqüència, tal com s'ha determinat resolent les equacions anteriors, en les seves respectives xarxes segons la seva impedància relativa. Els voltatges en qualsevol punt de la xarxa també es poden determinar un cop conegudes les corrents de components de seqüència i les impedàncies de seqüència de cada branca.
Impedància de seqüència
