Fallas en sistemas eléctricos (Análisis & Diagnóstico)

AnĂĄlisis y Diagnostico de Fallas en Sistemas ElĂŠctricos

PRESENTACIÓN EDUCACIÓN

EXPERIENCIA

CONTENIDO

Conceptos Básicos Aplicaciones en Sistemas Eléctricos Redes de secuencia y componentes simétricas

Ejemplo práctico de análisis.

CAUSAS DE FALLAS EN SISTEMAS ELÉCTRICOS

Descargas atmosféricas.

Vientos fuertes, Lluvias y tormentas.

Contaminación y desgaste de aislamientos.

Contacto con animales y humanos.

Errores humanos (malas maniobras).

Caídas de arboles y otros objetos.

Fallas en Sistemas Eléctricos •

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• Una distribución típica de fallas en un sistema de alta tensión puede ser: • Fallas monofásicas. 72% generalmente causadas por rayos.

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Mas del 75% de las fallas son en las líneas y cables.

Menos del 15% ocurren en transformadores de potencia y reactores de derivación.

Las fallas en barras pueden aparecer hasta en un 7%.

Más de un 3% se puede asociar a condensadores serie o en derivación.

• Fallas bifásicas. 22% muy comunes en zonas contaminadas.

• Fallas trifásicas. 6% aparecen entre otras con el uso de equipos trifásicos.

• En extra alta tensión (V > 400kV) las fallas trifásicas prácticamente no existen.

Conceptos Bรกsicos

Fuente: Norma IEC 60909-1

Conceptos Bรกsicos

Fuente: Norma IEC 60909-1

Conceptos Básicos

Fuente: Norma IEC 60909-1- Cuaderno Técnico No 158 Schneider Electric

Conceptos Básicos

Fuente: Norma IEC 60909-1- Cuaderno Técnico No 158 Schneider Electric

Relaciones X/R para distintas fuentes de alimentaciรณn.

Fuente: http://resco.ws/pdf/fault_current.pdf

Corrientes de Cortocircuito •

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Se deben tener en cuenta, tres aspectos que influyen en la asimetría de las corrientes de cortocircuito:

La presencia de la componente DC.



El comportamiento del generador bajo condiciones de cortocircuito.



El comportamiento de los motores.

•

El Decremento de la forma de onda de la corriente de cortocircuito simétrica se debe al cambio de la reactancia en función del tiempo.

Comportamiento lejos de la Fuente

Ip

I(1/2)

Ik"

Ib

Comportamiento de la corriente cercana a un Generador Ip

I(1/2)

Ik" Ib

Comportamiento Real

Etapas de la corriente de cortocircuito • Ip e Ib : Corrientes para dimensionar interruptores de alto voltaje.

• Ik´´ Corriente para dimensionar interruptores de bajo voltaje. En raras ocasiones se afecta por un factor multiplicador > 1.

• Ip : dimensionamiento de barrajes. En muchas ocasiones se utiliza Ik´´ • Ith corriente para selección de cables aislados • Ik´´ Corriente para evaluar saturación de transformadores de corriente.

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Ik´´ Corriente para ajustar dispositivos de protección de sobrecorriente. También sirve para ajustar relés de distancia. Salvedades especiales.

Ik Si absolutamente en todos los dispositivos de protección esta deshabilitada la unidad instantánea (sobrecorriente o primera zona), es viable ajustar las protecciones con base en la corriente de corto de estado estable.

Etapas de la corriente de cortocircuito •

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• •

•

Ipico (Ip) e Iinterrupción (Ib): evaluar interruptores de alto voltaje (>1000 V) Ik´´ + factor de asimetría: evaluación de interruptores de bajo voltaje (<1000 V) Ik´´ : Coordinación protecciones Ith : Evaluación cables aislados y equipos Ik : corrientes mínimas

Etapas de la corriente de cortocircuito •

•

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Ik´´ : Corriente de Cortocircuito rms de primer ciclo simétrica.

Ib : b: breaking. Corriente de interrupción. Corriente rms simétrica de interrupción. Esta corriente estrictamente hablando no es simétrica!!

Ip : Corriente pico de primer ciclo. En USA se conoce como Im (momentary duty)

Etapas de la corriente de cortocircuito

â&#x20AC;˘ I1/2cycle Corriente rms asimĂŠtrica de primer ciclo.

Solo se define en norma ANSI â&#x20AC;˘ Ik corriente rms simĂŠtrica de estado estable â&#x20AC;˘ Ith corriente rms tĂŠrmica. â&#x20AC;˘ MVAsc Potencia de cortocircuito calculada como: đ?&#x2018;&#x20AC;đ?&#x2018;&#x2030;đ??´đ?&#x2018; đ?&#x2018;? =

3 đ??źđ?&#x2018;&#x2DC; " đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x203A;

Donde Vn es el voltaje nominal en el punto de falla.

Etapas de la corriente de cortocircuito

Etapas de la corriente de cortocircuito

Etapas de la corriente de cortocircuito

Aplicaciones en Sistemas Eléctricos •

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Dimensionamiento de la malla de tierra:  Cálculo de falla a tierra (corriente residual).  Disipación de la corriente en la malla.  Voltajes de paso y de contacto.

Dimensionamiento de equipos primarios:  Equipos con cambio de estado.  Ejemplo: Interruptor de poder.  Equipos sin cambio de estado.  Ejemplo: Transformador de medida, Transformador de poder

Aplicaciones en Sistemas Eléctricos • •

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Esfuerzos electrodinámicos: Fuerza electromagnética actúa sobre los conductores.

El diseño mecánico requiere la corriente de cortocircuito para determinar los esfuerzos.

Los conductores de un haz de la misma fase se atraen.

Los conductores de distintas fases se repelen.

Factor de diseño de líneas y barras.

Redes de Secuencia y Componentes Simétricas •

Sistema Simétrico (Balanceado) 





 

Rotación en el sentido contrario a las manecillas del reloj Todos los vectores de corrientes de fase cuentan con los mismos valores de magnitud.

Todos los vectores de tensiones de fase cuentan con los mismos valores de magnitud Todos los vectores de corrientes de fase se encuentran desfasados 120°.

Todos los vectores de tensiones de fase se encuentran desfasados 120°.

Redes de Secuencia y Componentes Simétricas 

Sistema Asimétrico (Desbalanceado)

COMPONENTES SIMETRICAS •

•

Método para transformar un sistema trifásico desbalanceado en tres conjuntos de fasores balanceados.

Fortescue (1918): un sistema de n vectores desequilibrados puede descomponerse en n sistemas de vectores balanceados.

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COMPONENTES SIMETRICAS

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COMPONENTES SIMETRICAS

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COMPONENTES SIMETRICAS

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COMPONENTES SIMETRICAS

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IMPEDANCIAS DE SECUENCIA â&#x20AC;¢

Siendo Z la matriz de impedancia se tiene:

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Circuitos de Secuencia de un Generador

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Impedancia de Secuencias de Líneas de Transmisión Asumiendo una Línea Transpuesta

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Redes de Secuencia para Transformadores Trifรกsicos โ ข

Generalizaciรณn para transformadores bidevanados (H y X) y tridevanados (H, M, X) Representaciรณn en p.u.

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Redes de Secuencia para Transformadores Trifรกsicos โ ข

Generalizaciรณn para transformadores bidevanados (H y X) y tridevanados (H, M, X) Representaciรณn en p.u.

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Redes de Secuencia para Transformadores Trifรกsicos

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TIPOS DE FALLAS

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FALLA TRIFÁSICA • •

Falla trifásica en el nodo k (usando Zbus) Zbus se calcula para los diferentes períodos Subtransitorio  Transitorio  Régimen permanente 

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Falla Fase a Tierra o Monofรกsica (Homopolar)

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Circuito Equivalente de ThĂŠvenin para las Redes de Secuencia

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Circuito Equivalente de ThĂŠvenin para las Redes de Secuencia

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REDES DE SECUENCIA ✓ Trifásica :

I3 =

✓ Monofásica : I 1 =

✓ Bifásica :

✓ Bifásica : a tierra.

I2 =

V l− n Z th e v .

ZThev=Z1

3* V l − n Z 0+ Z1+ Z 2

3 V l− n Z1+Z 2

Z0 − a 2 Z2 I 2 G = 3 Vl − n Z1 Z 2 + ( Z1 + Z 2 ) Z 0

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Circuito Equivalente de Thévenin para las Redes de Secuencia

Fuente: Cuaderno de aplicaciones técnicas No 2 ABB

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ยกMuchas Gracias por su Atenciรณn!