Antes de aplicar correctamente sistema de protección eléctricaes necesario tener, a través del conocimiento de las condiciones de la energía eléctrica… durante las fallas. El conocimiento de fallo eléctrico… se requiere una condición para desplegar adecuadamente diferentes relés de protección en diferentes lugares del sistema de energía eléctrica.
Información sobre los valores de las corrientes de falla máximas y mínimas, voltajes bajo esas fallas en relación de magnitud y fase con respecto a las corrientes en diferentes partes del sistema de energía, que se reunirán para la aplicación adecuada de relé de protección en esas diferentes partes del sistema sistema de energía eléctrica. La recopilación de la información de los diferentes parámetros del sistema se conoce generalmente como cálculo de fallos eléctricos.
El cálculo de la falla significa, en términos generales, el cálculo de la falla actual en cualquier sistema de energía eléctrica. Hay principalmente tres pasos para calcular los fallos en un sistema.
- Elección de las rotaciones de impedancia.
- Reducción de la complicada red del sistema eléctrico a una sola impedancia equivalente.
- Cálculo de corrientes y voltajes de fallas eléctricas usando la teoría de componentes simétricos.
Notación de impedancia del sistema de energía eléctrica
Si miramos cualquier sistema de energía eléctrica…encontraremos que son varios niveles de voltaje. Por ejemplo, supongamos un sistema de energía típico donde la energía eléctrica se genera a 6,6 kV, entonces esa energía de 132 kV se transmite a la subestación terminal donde se baja a los niveles de 33 kV y 11 kV, y este nivel de 11 kV puede bajar aún más a 0,4 kv.
Por lo tanto, de este ejemplo se desprende claramente que una misma red de energía puede tener diferentes niveles de voltaje. Por lo tanto, el cálculo de la falla en cualquier lugar de dicho sistema se hace muy difícil y complicado, tratando de calcular la impedancia de las diferentes partes del sistema de acuerdo a su nivel de voltaje. Esta dificultad puede evitarse si calculamos la impedancia de diferentes partes del sistema en referencia a un único valor base. Esta técnica se llama notación de impedancia del sistema de energía. En otras salas, antes de cálculo de fallos eléctricoslos parámetros del sistema, deben ser referidos cantidades básicas y representado como un sistema uniforme de impedancia en valores óhmicos, porcentuales o unitarios.
La energía eléctrica y voltaje se toman generalmente como cantidades base. En sistema trifásico, energía trifásica en MVA o KVA se toma como energía de base y el voltaje de línea a línea en KV se toma como voltaje de base. La impedancia de base del sistema puede ser calculada a partir de esta potencia de base y del voltaje de base, de la siguiente manera,
Por unidad es un valor de impedancia de cualquier sistema no es más que el radio de la impedancia real del sistema al valor de la impedancia de base.
Impedancia porcentual puede calcularse multiplicando 100 con por unidad valor.
Una vez más, a veces se requiere convertir por unidad valores referidos a nuevos valores base para simplificar diferentes cálculos de fallas eléctricas. En ese caso,
La elección de notación de impedancia depende de la complicidad del sistema. Generalmente la base voltaje de un sistema se elige de tal manera que requiere un número mínimo de transferencias.
Supongamos, un sistema como un gran número de 132 KV sobre las líneas de cabeza, pocos números de líneas de 33 KV y muy pocos números de líneas de 11 KV. El voltaje base del sistema puede ser elegido como 132 KV o 33 KV o 11 KV, pero aquí los mejores voltajes base son 132 KV, porque requiere un número mínimo de transferencia durante cálculo de fallas.
Reducción de la 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, las líneas, cables, transformador a un valor base común. Luego preparamos un diagrama esquemático del sistema de energía eléctrica que muestra la impedancia referida al mismo valor base de todos esos generadores, líneas, cables y transformadores.
La red se reduce entonces a una impedancia única equivalente común mediante el uso de transformaciones estrella/triángulo. Deben prepararse diagramas de impedancia separados para las redes de secuencia positiva, negativa y de secuencia cero.
Hay fallas de fase son únicos ya que están equilibrados, es decir, son simétricos en tres fases, y pueden calcularse a partir del diagrama de impedancia de secuencia positiva de una sola fase. Por lo tanto falla trifásica la corriente se obtiene por,
¿Dónde? f es la corriente de falla trifásica total, v es el voltaje de fase a neutro z 1 es la impedancia de secuencia positiva total del sistema; suponiendo que en el cálculo, la impedancia se representa en ohmios en una base de voltaje.
Análisis de componentes simétricos
El cálculo de la falla anterior se hace suponiendo un sistema trifásico balanceado. El cálculo se hace para una sola fase ya que las condiciones de corriente y voltaje son las mismas en las tres fases. Cuando las fallas reales ocurren en sistema de energía eléctricacomo la falla de fase a tierra, la falla de fase a fase y la doble falla de fase a tierra, el sistema se convierte en un medio desequilibrado, las condiciones de los voltajes y corrientes en todas las fases ya no son simétricas. Tales fallas se resuelven mediante análisis de componentes simétricos. Generalmente diagrama vectorial trifásico puede ser sustituido 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 co-fasal. Esto significa que estos conjuntos de vectores se describen como secuencia negativa, positiva y cero, respectivamente.
La ecuación entre las cantidades de fase y de secuencia son,
Por lo tanto,
Cuando todas las cantidades se refieren a la fase de referencia r.
De manera similar, también se puede escribir un conjunto de ecuaciones para las corrientes de secuencia. De, voltaje y las ecuaciones actuales, se puede determinar fácilmente la impedancia de secuencia del sistema. El desarrollo de 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 se dispone de las redes de secuencias, éstas pueden convertirse en una sola impedancia equivalente.
Consideremos que Z1, Z2 y Z0 son la impedancia del sistema para el flujo de corriente de secuencia positiva, negativa y de secuencia cero, respectivamente.
Por la falla de la tierra
Fallas de fase a fase
Fallas de doble fase a tierra
Fallas de tres fases
Si se requiere una corriente de falla en alguna rama particular de la red, la misma puede ser calculada después de combinar los componentes de la secuencia que fluyen en esa rama. Esto implica la distribución de las corrientes de los componentes de secuencia, tal como se determina al resolver las ecuaciones anteriores, en su respectiva red según su impedancia relativa. Voltajes También se puede determinar cualquier punto de la red una vez que se conozcan las corrientes de componentes de secuencia y la impedancia de secuencia de cada rama.
Impedancia de la 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 la corriente de secuencia negativa se llama impedancia de secuencia negativa.
Impedancia de secuencia cero
La impedancia que ofrece el sistema al flujo de corriente de secuencia cero se conoce como impedancia de secuencia cero.
En el cálculo previo de la falla, Z1, Z2 y Z0 son la impedancia de secuencia positiva, negativa y de secuencia cero, respectivamente. El impedancia de secuencia varía con el tipo de componentes del sistema de energía en cuestión:-
- En los componentes estáticos y equilibrados del sistema de energía como el transformador y las líneas, el impedancia de secuencia que ofrece el sistema son las mismas para las corrientes de secuencia positiva y negativa. En otras palabras, las impedancia de secuencia positiva y impedancia de secuencia negativa son iguales para los transformadores y las líneas de energía.
- Pero en el caso de las máquinas rotativas, el Impedancia de secuencia positiva y negativa son diferentes.
- La asignación 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…estando en fase, no suman cero, sino que deben regresar por el neutro y/o la tierra. En los transformadores trifásicos y los flujos de las máquinas debido a los componentes de secuencia cero no suman a cero en el sistema de yugo o de campo. La impedancia depende en gran medida de la disposición física del circuitos magnéticos y serpenteante.
- La reactancia de las líneas de transmisión de las corrientes de secuencia cero puede ser de 3 a 5 veces la corriente de secuencia positiva, siendo el valor más ligero para las líneas sin cables de tierra. Esto se debe a que el espacio entre la ir a y volver(es decir, neutro y/o tierra) es mucho mayor que para las corrientes de secuencia positiva y negativa que regresan (equilibrio) dentro de los tres grupos de conductores de fase.
- La reactancia de secuencia cero de una máquina se compone de fuga y reactancia de bobinado, y un pequeño componente debido al equilibrio de bobinado (depende del trinquete de bobinado).
- La reactancia de secuencia cero de los transformadores depende tanto de las conexiones de los devanados como de la construcción del núcleo.
