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SISTEMAS DE POTENCIA
FALLAS SIMÉTRICAS
CORRIENTES DE CORTO CIRCUITO
Los estudios de cortocircuito son hechos para determinar la magnitud de la corriente que fluye a través del sistema de potencia a varios intervalos de tiempo que una falla ocurre luego que una falla ocurre. La magnitud de las corrientes que fluyen a través del sistema de potencia luego de una falla varía con el tiempo a menos que alcancen la condición de régimen permanente. Este comportamiento es debido a las características del sistema y la dinámica. Durante este tiempo, los sistemas de protección son llamados a detectar, interrumpir e aislar esa falla. Los esfuerzos impuestos en estos equipos dependen también de la magnitud de la corriente, la cual dependen del tiempo de la inserción de la falla. Esto es hecho para varios tipos de falla (trifásica, fase a fase, doble fase a tierra y fase a tierra) a diferentes localizaciones a través del sistema. La información es
usada para seleccionar fusibles, breakers, y swichgear en adición con los ajustes de los dispositivos de protección. Pero en esta parte nos centramos en las fallas trifásicas que correspondes a las simétricas, las asimétricas (fase a fase, doble fase a tierra y fase a tierra) las encuentran en otro de los temas en el contenido.
PERÍODO SUBTRANSITORIO: Período correspondiente entre 0 a 5 ciclos, lo cual equivale de 0 a 83ms. En este tiempo los valores de corriente son los más altos respecto a los otros dos períodos después de ocurrida la falla.
PERÍODO TRANSITORIO: Período correspondiente entre 5 a 30 ciclos, lo cual equivale de 83ms a 0,5s.
PERÍODO DE ESTADO ESTABLE: Período correspondiente a partir de 30 ciclos, es decir, superior a 0,5s. En este tiempo los valores de corriente son los más bajos respecto a los otros dos períodos después de ocurrida la falla, dado que la corriente ya se ha estabilizado.
Imagen tomada de Centrales Hidraúlicas. Por Natalia. Publicado desde Bolivia. En http://html.rincondelvago.com/centrales-hidraulicas.html
En la siguiente figura se muestra el comportamiento de la corriente de corto circuito correspodiente a cada período de la falla, en la cual se puede identificar que la corriente total tiene sus valores máximos al inicio de la falla por la sumatoria de estas componentes. La corriente total va reduciendose exponencialmente hasta la amplitud de la componente estable.
Imagen tomada de Archivo: MÁQUINAS SÍNCRONAS: CORTOCIRCUITOS. Por Miguel Angel Rodríguez Pozueta. Publicado para UNIVERSIDAD DE CANTABRIA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ENERGÉTICA. En http://personales.unican.es/rodrigma/PDFs/Cortos%20sincronas.pdf
En la siguiente figura se muestra la evolución de la corriente de una fase durante un cortocircuito brusco, icc, y sus componentes unidireccional, iu, y alterna simétrica, ias. Las componentes alternas simétricas de las corrientes de las tres fases tienen la misma frecuencia y las mismas envolventes, existiendo un desfase de 120º entre ellas. Esto da lugar a que sus valores iniciales sean diferentes en las tres fases.
La corriente de falla tiene dos componentes (AC o simétrica y DC) las cuales dependen de las reactancias del sistema y de las constantes de tiempo (tao) correspondientes como se puede ver en las siguientes ecuaciones, donde:
-
La componente RMS simétrica o AC (1.) depende de los valores de las reactancias, taos y del voltaje del generador.
-
La componente DC (2.) depende de la tensión del generador y de la contanste de tiempo tao de amortiguamiento.
-
La ecuación (3.) corresponde a la función de la corriente asimétrica, puesto que contiene la suma de las componentes simétrica y DC, lo cual hace que esta función deje de ser simétrica respecto al eje de las abcisas, en el instante de la falla (t=0) el valor de la corriente asimétrica se puede aproximar a 1,6 veces la corriente subtransitoria, como se ve en la ecuación (4.)
1.)
2.)
3.)
4.)
La corriente de falla ACRMS se puede hallar para cada período después de la falla mediante las siguientes ecuaciones, donde Id'' está hallada para t=0 e Id para un tiempo muy grande. Recordemos que Id < I'd < I''d
La corriente de falla DCRMS más alta se presenta en el período subtransitorio, por lo tanto se puede hallar mediante el voltaje del generador y la reactancia correspondientes a este tiempo:
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