Cálculo de fallas eléctricas | Impedancia de secuencia cero positiva negativa

Ultima edición el 16 septiembre, 2021 por JORGE CABRERA BERRÍOS

Antes de aplicar un sistema de protección eléctrica adecuado , es necesario tener conocimiento de las condiciones del sistema de energía eléctrica durante las fallas. Se requiere el conocimiento de la condición de falla eléctrica para implementar diferentes relés de protección adecuados en diferentes ubicaciones del sistema de energía eléctrica.

Información sobre los valores de las corrientes de falla máxima y mínima, voltajes bajo esas fallas en magnitud y relación de fase con respecto a las corrientes en diferentes partes del sistema de energía, que se recopilará para la aplicación adecuada del sistema de relés 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 fallas eléctricas .

El cálculo de fallas significa en términos generales el cálculo de la corriente de falla en cualquier sistema de energía eléctrica. Hay principalmente tres pasos para calcular fallas en un sistema.

1. Elección de rotaciones de impedancia.
2. Reducción de la complicada red del sistema de energía eléctrica a una impedancia equivalente única.
3. Cálculo de tensiones y corrientes de falla eléctrica mediante el uso de la teoría de componentes simétricos.

Notación de impedancia del sistema de energía eléctrica

Si miramos cualquier sistema de energía eléctrica , encontraremos que estos son varios niveles de voltaje. Por ejemplo, suponga un sistema de energía típico en el que se genera energía eléctrica a 6,6 kV y luego que la energía de 132 kV se transmite a la subestación terminal donde se reduce a niveles de 33 kV y 11 kV y este nivel de 11 kV puede descender aún más a 0,4 kv. .

Por lo tanto, a partir de este ejemplo, está claro que una misma red de sistema de energía puede tener diferentes niveles de voltaje. Por lo tanto, el cálculo de la falla en cualquier ubicación de dicho sistema se vuelve mucho más difícil y complicado, por lo que se intenta calcular la impedancia de diferentes partes del sistema de acuerdo con su nivel de voltaje.

Esta dificultad se puede evitar si calculamos la impedancia de diferentes partes del sistema en referencia a un solo valor base. Esta técnica se llama notación de impedancia del sistema de potencia. En otras salas, antes del cálculo de la falla eléctrica , los parámetros del sistema deben referirse a cantidades base y representarse como un sistema uniforme de impedancia en valores óhmicos, porcentuales o por unidad.

La potencia eléctrica y el voltaje se toman generalmente como cantidades base. En el sistema trifásico , la potencia trifásica en MVA o KVA se toma como potencia base y el voltaje de línea a línea en KV se toma como voltaje base. La impedancia base del sistema se puede calcular a partir de esta potencia base y voltaje base, de la siguiente manera,

Por unidad, el valor de impedancia de cualquier sistema no es más que la radio de impedancia real del sistema al valor de impedancia base.

El valor de impedancia porcentual se puede calcular multiplicando 100 por el valor unitario .

De nuevo, a veces se requiere convertir los valores unitarios referidos a nuevos valores base para simplificar los diferentes cálculos de fallas eléctricas . En ese caso,

la elección de la notación de impedancia depende de la complicidad del sistema. Generalmente, el voltaje base de un sistema se elige de manera que requiera un número mínimo de transferencias.
Supongamos que un sistema tiene una gran cantidad de líneas aéreas de 132 KV, pocas líneas de 33 KV y muy pocas líneas de 11 KV. El voltaje base del sistema se puede elegir como 132 KV o 33 KV u 11 KV, pero aquí los mejores voltajes base son 132 KV, porque requiere un número mínimo de transferencia durante el cálculo de la falla .

Reducción de red

Después de elegir la notación de impedancia correcta, el siguiente paso es reducir la red a una sola impedancia. Para esto primero tenemos que convertir la impedancia de todos los generadores, líneas, cables , transformador a un valor base común. Luego preparamos un diagrama esquemático del sistema de energía eléctrica mostrando la impedancia referida a un mismo valor base de todos esos generadores, líneas, cables y transformadores.

Luego, la red se redujo a una impedancia única equivalente común mediante el uso de transformaciones estrella / triángulo. Deben prepararse diagramas de impedancia separados para redes de secuencia positiva, negativa y cero.

Las fallas de fase son únicas ya que están balanceadas, es decir, simétricas en tres fases, y se pueden calcular a partir del diagrama de impedancia de secuencia positiva monofásica. Por lo tanto , la corriente de falla trifásica se obtiene mediante,

donde, I _f es la corriente de falla trifásica total, v es la tensión de fase a neutro z ₁ es la impedancia de secuencia positiva total del sistema; asumiendo que en el cálculo, la impedancia se representa en ohmios en una base de voltaje.

Análisis de componentes simétricos

El cálculo de fallas anterior se realiza asumiendo un sistema equilibrado trifásico. El cálculo se realiza 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 energía eléctrica , como falla de fase a tierra, falla de fase a fase y falla de fase doble a tierra, el sistema se desequilibra, las condiciones de voltajes y corrientes en todas las fases ya no son simétricas. Tales fallas se resuelven mediante análisis de componentes simétricos .

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

La ecuación entre las cantidades de fase y secuencia es, por lo

tanto,

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

El desarrollo del análisis de componentes simétricos depende del hecho de que en un sistema equilibrado de impedancia, las corrientes de secuencia sólo pueden dar lugar a caídas de tensión de la misma secuencia. Una vez que las redes de secuencia están disponibles, estas se pueden convertir a una impedancia equivalente única.

Consideremos que Z ₁ , Z ₂ y Z ₀ son la impedancia del sistema al flujo de corriente de secuencia positiva, negativa y cero, respectivamente.
Para

fallas


a tierra Fallas fase a fase Fallas bifásicas a tierra Fallas

trifásicas

Si se requiere corriente de falla en cualquier rama particular de la red, la misma se puede calcular después de combinar los componentes de secuencia que fluyen en esa rama. Esto implica la distribución de las corrientes de los componentes de la secuencia según se determina resolviendo las ecuaciones anteriores, en su red respectiva de acuerdo con su impedancia relativa. Voltajes También se puede determinar cualquier punto de la red una vez que se conocen las corrientes de los componentes de secuencia y la impedancia de secuencia de cada rama.

Impedancia de secuencia

Impedancia de secuencia positiva

La impedancia que ofrece el sistema al flujo de corriente de secuencia positiva se denomina impedancia de secuencia positiva .

Impedancia de secuencia negativa

La impedancia que ofrece el sistema al flujo de corriente de secuencia negativa se denomina impedancia de secuencia negativa .

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 el cálculo de falla anterior, Z ₁ , Z ₂ y Z ₀ son impedancia de secuencia positiva, negativa y cero, respectivamente. La impedancia de secuencia varía con el tipo de componentes del sistema de potencia en consideración: –

1. En componentes de sistemas de energía estáticos y balanceados como transformadores y líneas, la impedancia de secuencia ofrecida por el sistema es la misma para corrientes de secuencia positiva y negativa. En otras palabras, la impedancia de secuencia positiva y la impedancia de secuencia negativa son las mismas para transformadores y líneas eléctricas.
2. Pero en el caso de las máquinas rotativas, la impedancia de secuencia positiva y negativa es diferente.
3. 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 energía eléctrica , al estar en fase, no suman cero, sino que deben regresar a través del neutro y / o tierra. En transformadores trifásicos y máquinas, los flujos debidos a componentes de secuencia cero no suman cero en el yugo o en el sistema de campo. La impedancia depende mucho de la disposición física de los circuitos magnéticos y el devanado.
   1. La reactancia de las líneas de transmisión de corrientes de secuencia cero puede ser aproximadamente de 3 a 5 veces la corriente de secuencia positiva, siendo el valor más ligero para líneas sin cables de tierra. Esto se debe a que el espacio entre el ir y el retorno (es decir, neutro y / o tierra) es mucho mayor que para las corrientes de secuencia positiva y negativa que regresan (equilibran) dentro de los tres grupos de conductores de fase.
   2. La reactancia de secuencia cero de una máquina se compone de fugas y reactancia del devanado, y un pequeño componente debido al equilibrio del devanado (depende del paso del devanado).
   3. La reactancia de secuencia cero de los transformadores depende tanto de las conexiones de los devanados como de la construcción del núcleo.

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JORGE CABRERA BERRÍOS Administrator

Ingeniero Electrónico por la UNI, con maestría y doctorado por la University of Electro-Communications (Japón).

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