Cálculo de fallos eléctricos | Impedancia de secuencia positiva negativa e cero

Antes de aplicar un sistema de protección eléctrica adecuado, es necesario tener un conocimiento profundo de las condiciones del sistema de energía eléctrica durante los fallos. El conocimiento de la condición de fallo eléctrico es necesario para desplegar diferentes relés protectores en diferentes ubicaciones del sistema de energía eléctrica.

Se deben recopilar información sobre los valores máximos y mínimos de corrientes de fallo, voltajes bajo esos fallos en magnitud y relación de fase con respecto a las corrientes en diferentes partes del sistema de potencia, para una correcta aplicación del sistema de relé de protección en esas diferentes partes del sistema de energía eléctrica. La recopilación de información de diferentes parámetros del sistema se conoce generalmente como cálculo de fallos eléctricos.

El cálculo de fallos, en un sentido amplio, significa el cálculo de la corriente de fallo en cualquier sistema de energía eléctrica. Hay principalmente tres pasos para calcular los fallos en un sistema.

1. Elección de rotaciones de impedancias.

2. Reducción de la red del sistema de energía eléctrica complicada a una impedancia equivalente única.

3. Cálculo de corrientes y voltajes de fallo eléctrico utilizando la teoría de componentes simétricos.

Notación de impedancia do sistema de enerxía eléctrica

Se observará que en calquera sistema de enerxía eléctrica hai varios niveis de voltaxe. Por exemplo, supóñase un sistema de enerxía típico onde a enerxía eléctrica xénese a 6,6 kV, despois esa enerxía de 132 kV transmítese á subestación terminal onde se reduce a 33 kV e 11 kV, e este nivel de 11 kV pode reducirse adicionalmente a 0,4 kV.

Por tanto, dende este exemplo é claro que un mesmo sistema de enerxía pode ter diferentes niveis de voltaxe. Así, o cálculo de fallos en calquera localización do mencionado sistema tornase moito máis difícil e complicado ao tentar calcular a impedancia de diferentes partes do sistema segundo o seu nivel de voltaxe.

Esta dificultade pódese evitar se calculamos a impedancia de diferentes partes do sistema en referencia a un único valor base. Esta técnica chámase notación de impedancia do sistema de enerxía. En outras palabras, antes do cálculo de fallos eléctricos, os parámetros do sistema, deben referirse a cantidades base e representarse como un sistema uniforme de impedancia en ohmios, porcentaxe ou valores por unidade.

A potencia eléctrica e o voltaxe xeralmente tómense como cantidades base. No sistema trifásico, a potencia trifásica en MVA ou KVA tómase como potencia base e o voltaxe entre líneas en kV tómase como voltaxe base. A impedancia base do sistema pódese calcular a partir destas potencias e voltaxes base, como segue,

Por unidade é un valor de impedancia de calquera sistema non é nada máis que a razón entre a impedancia real do sistema e o valor base de impedancia.

Impedancia porcentual pode calcularse multiplicando 100 polo valor por unidade.

De novo, ás veces é necesario converter valores por unidade referidos a novos valores base para simplificar diferentes cálculos de fallos eléctricos. Nese caso,

A elección da notación de impedancia depende da complexidade do sistema. Xeralmente, o voltaxe base dun sistema escóllense de xeito que requiren o mínimo número de transferencias.
Supoño, un sistema cun gran número de liñas aéreas de 132 kV, poucas liñas de 33 kV e moi poucas liñas de 11 kV. O voltaxe base do sistema pódese escoller como 132 kV, 33 kV ou 11 kV, pero aquí o mellor voltaxe base é 132 kV, porque require o mínimo número de transferencias durante o cálculo de fallos.

Reducción da rede

Despois de escoller a notación de impedancia correcta, o seguinte paso é reducir a rede a unha única impedancia. Para iso, primeiro temos que converter a impedancia de todos os xeradores, liñas, cables, transformadores a un valor base común. Despois preparamos un diagrama esquemático do sistema de enerxía eléctrica mostrando a impedancia referida ao mesmo valor base de todos eses xeradores, liñas, cables e transformadores.

Entón, a rede reducírase a unha única impedancia equivalente común usando transformacións estrella/triángulo. Deberían prepararse diagramas de impedancia separados para as redes de secuencia positiva, negativa e cero.

Os fallos trifásicos son únicos xa que están equilibrados, é dicir, simétricos nas tres fases, e poden calcularse a partir do diagrama de impedancia de secuencia positiva de unha fase. Polo tanto, a corrente de fallos trifásicos obtense mediante,

Onde, I f é a corrente total de fallos trifásicos, v é o voltaxe fase-neutro z 1 é a impedancia total de secuencia positiva do sistema; supondo que no cálculo, as impedancias están representadas en ohmios nun voltaxe base.

Análise de componentes simétricos

O cálculo de fallos anterior fíxose coa suposición dun sistema trifásico equilibrado. O cálculo fíxose só para unha fase xa que as condicións de corrente e voltaxe son as mesmas en todas as tres fases.

Cando ocorren fallos reais no sistema de enerxía eléctrica, como fallos de fase a terra, fallos de fase a fase e fallos de dúas fases a terra, o sistema tornase desequilibrado, é dicir, as condicións de voltaxe e corrente en todas as fases xa non son simétricas. Estes fallos resólvense mediante análise de componentes simétricos.

Xeralmente, o diagrama vectorial trifásico pode substituírse por tres conxuntos de vectores balanceados. Un ten rotación de fase oposta ou negativa, o segundo ten rotación de fase positiva e o último é cophasal. Iso significa que estes conxuntos de vectores descríbense como secuencia negativa, positiva e cero, respectivamente.

As ecuacións entre as cantidades de fase e secuencia son,

Polo tanto,

Onde todas as cantidades están referidas á fase de referencia r.
De forma semellante, pódense escribir un conxunto de ecuacións para as correntes de secuencia tamén. A partir das ecuacións de voltaxe e corrente, pódese determinar facilmente a impedancia de secuencia do sistema.

O desenvolvemento da análise de componentes simétricos basease no feito de que nun sistema de impedancia equilibrado, as correntes de secuencia só poden dar lugar a caídas de voltaxe da mesma secuencia. Unha vez que as redes de secuencia están dispoñibles, estas poden convertirse nunha única impedancia equivalente.

Consideremos Z1, Z2 e Z0 son as impedancias do sistema para o fluxo de corrente de secuencia positiva, negativa e cero, respectivamente.
Para fallos a terra

Fallos de fase a fase


Fallos de dúas fases a terra

Fallos trifásicos

Se se require a corrente de fallo en calquera rama particular da rede, a mesma pode calcularse despois de combinar os compoñentes de secuencia que fluen nesa rama. Esto implica a distribución de correntes de compoñentes de secuencia como se determina resolvendo as ecuacións anteriores, nas súas respectivas redes segundo as súas impedancias relativas. As tensións en calquera punto da rede tamén poden determinarse unha vez coñecidas as correntes de compoñentes de secuencia e a impedancia de secuencia de cada rama.