Fallas Tipo Series PDF
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TRABAJO DE INVESTIGACIÓN:
“FALLAS TIPO SERIE”
GRUPO : “A”
ALUMNO : Chacca Zamata Luis Fernando
AREQUIPA – PERÚ
2018
“Hay una fuerza motriz más poderosa que el vapor, la
electricidad y la energía atómica: la voluntad.”
- Albert Einstein.
DEDICATORIA
A la misma vez a nuestros docentes del área de Ingeniería Eléctrica que nos
supieron inculcar el trabajo en equipo.
ÍNDICE
INTRODUCCIÓN ............................................................................................................ 3
1. ESTUDIO Y ANÁLISIS DE FALLAS .................................................................... 4
1.1. Fenómenos transitorios ultrarrápidos .......................................................................... 4
2. Fenómenos transitorios medianamente rápidos .............................................................. 4
3. Fenómenos transitorios lentos ......................................................................................... 4
4. TIPOS DE FALLAS ............................................................................................................... 5
4.1. Cortocircuitos ................................................................................................................ 5
4.2. Fases abiertas ................................................................................................................ 5
5. CÁLCULO DE CORTOCIRCUITOS......................................................................................... 6
5.1. OBJETIVOS ..................................................................................................................... 6
5.2. APROXIMACIONES......................................................................................................... 7
5.3. CORTOCIRCUITOS TRIFÁSICOS SIMÉTRICOS ................................................................. 8
1.5.1. Comportamiento de un generador en condiciones de cortocircuito trifásico
simétrico 8
a) El generador en vacío antes de producirse la falla........................................................ 8
b) El generador con carga antes de producirse la falla ..................................................... 9
Aplicando el teorema de Thevenin en el punto de Falla ............................................ 11
Empleando las tensiones detrás de las reactancias subtransiente o transiente ........ 12
c) Concepto de Potencia de Cortocircuito ....................................................................... 13
d) Algunos antecedentes relativos a la selección de interruptores ................................. 14
Corriente instantánea ................................................................................................. 14
Corriente de interrupción ........................................................................................... 15
5.4. FASES ABIERTAS ................................................................................................ 16
6. UNA FASE ABIERTA ........................................................................................... 17
Diagrama esquemático ................................................................................................... 17
Condiciones impuestas por la falla.................................................................................. 18
a) Condiciones de prefalla ............................................................................................... 20
b) Condiciones de falla .................................................................................................... 21
c) Potencia que llega al motor en estas condiciones ...................................................... 22
d) Corrientes en los neutros de los transformadores en p.u. ......................................... 22
e) Corrientes en los neutros de los transformadores en Amperes ................................. 22
a. DOS FASES ABIERTAS....................................................................................................... 22
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ANÁLISIS DE SISTEMAS DE POTENCIA II – INGENIERÍA ELÉCTRICA
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ANÁLISIS DE SISTEMAS DE POTENCIA II – INGENIERÍA ELÉCTRICA
INTRODUCCIÓN
El análisis de fallas en sistemas eléctricos ha evolucionado a la par que las
herramientas de cálculo numérico. Los primeros estudios recibieron el nombre
genérico de cortocircuito y a la fecha todavía se le aplica este nombre, asignado
al análisis de fallas trifásicas en sistemas eléctricos, bajo ciertas suposiciones
que simplificaban el análisis.
Las fallas de conductor abierto o las fases abiertas, son los defectos producidos
por la interrupción de una o más fases, sin contacto simultáneo con otras fases
o tierra. Aunque no producen corrientes elevadas, provocan la circulación de
corrientes de secuencia (en especial negativa) que son peligrosas para los
equipos por el fuerte calentamiento que pueden originar.
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ANÁLISIS DE SISTEMAS DE POTENCIA II – INGENIERÍA ELÉCTRICA
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ANÁLISIS DE SISTEMAS DE POTENCIA II – INGENIERÍA ELÉCTRICA
4. TIPOS DE FALLAS
4.1. Cortocircuitos
Una fase abierta, dos fases abiertas y tres fases abiertas. La última situación
significa que la línea o dispositivo sale completamente de servicio.
Los cortocircuitos trifásicos dan origen a fallas simétricas pues el SEP permanece
eléctricamente balanceado, en cambio los cortocircuitos bifásicos aislados y a
tierra y el monofásico, así como 1 ó 2 fases abiertas corresponden a fallas
asimétricas, ya que el sistema queda eléctricamente desbalanceado en el punto
de falla.
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ANÁLISIS DE SISTEMAS DE POTENCIA II – INGENIERÍA ELÉCTRICA
5. CÁLCULO DE CORTOCIRCUITOS
5.1. OBJETIVOS
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ANÁLISIS DE SISTEMAS DE POTENCIA II – INGENIERÍA ELÉCTRICA
cortocircuito trifásico simétrico, debido a que este tipo de falla produce las
corrientes de cortocircuito más elevadas en la mayoría de los casos.
5.2. APROXIMACIONES
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La corriente que circula por cada fase del generador en cortocircuito, es similar
a la que circula por un circuito R-L serie, alimentado bruscamente por una
fuente de tensión sinusoidal; es decir, la corriente es asimétrica respecto al eje
de tiempo y disminuye en forma exponencial. Sin embargo, existe una
diferencia fundamental y ella radica en que la reactancia del generador no
permanece constante durante el fenómeno (Figura 1). Las corrientes en las tres
fases de un generador en cortocircuito se muestran en la Figura 2.
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En la Figura 4, sean:
( Z e jX d'' ) Z c
ZTH
Z e jX d'' Z c
Luego:
VF (0) Z e Z c jX d''
I '' VF (0)
ZTH ( Z e jX d'' ) Z c
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VF (0) Z e Z c jX d'
I' VF (0)
ZTH ( Z e jX d' ) Z c
E '' V jX d'' I c
E ' V jX d' I c
E V jX d I c
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E ''
I ''
jX d'' Z e
E'
I'
jX d' Z e
E
I
jX d Z e
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Sean:
Scc Vp (0) I pf
Scc V p (0)[ pu ]I pf [ pu ]
[V p (0)]2 [ pu ]
SB
Z pf [ pu ]
Corriente instantánea
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Corriente de interrupción
Voltaje Factor
5kV 1,6
5kV 1,5
600V 1,25
Interruptores Factor
de
8 ciclos o más 1,0
5 ciclos 1,1
3 ciclos 1,2
2 ciclos 1,4
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Diagrama esquemático
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Ia 0
Vb Vc 0
Es decir:
I a I a' 0
I b I b'
I c I c'
Vb Vb' Vc Vc' 0
I a 0 I a1 I a 2 0
1
Va 0 Va1 Va 2 Va
3
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Figura 11.- Conexión de las mallas de secuencia para una falla de una fase
abierta
Puesto que las mallas de secuencia negativa y cero son pasivas, su efecto es el
de intercalar una impedancia:
Z 2 pq Z 0 pq ( Z 2 Z 2' )( Z 0 Z 0' )
Z 20 pq
Z 2 pq Z 0 pq ( Z 2 Z 2' ) ( Z 0 Z 0' )
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EJEMPLO
Solución:
a) Condiciones de prefalla
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*
S 0.8 cos 1 0.8
I 0.8 36.87
VM 10
EG' 10 j 0.36*0.8 36.87 1.195211.11
EM 10 j 0.1*0.8 36.87 0.9541 3.85
b) Condiciones de falla
Como se abre una sola fase las mallas de secuencia quedan en paralelo. A partir
de este circuito se tiene:
0.46*0.3
X 20 0.1816
0.46 0.3
1.195211.11 0.9541 3.85
I a1M
j (0.31 0.1816 0.15)
I a1M 0.5736 36.87
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S3 f 3 Va 0 * I a*0 Va1 * I a*1 Va 2 * I a*2
S3 f 3 0 0.9865 1.06 *0.573636.87 0.02265 126.87 *0.2265 14313
S3 f 1.706736.23( pu )
1.250
S3 f 1.706736.23 * 711.12536.23kVA
3
S3 f (573.63 j 420.29)kVA
V 0.104253.13
Ia0 0.3473 36.87( pu )
j 0.3 j 0.3
I NT 3* I a 0 3*0.3473 36.87 1.0419 36.87( pu )
1.250*103
IB 173.48 A I NT 1.0419 36.87 *173.48 180.75 36.87 A
3 *4.160
Esta situación se presenta en los mismos casos que una fase abierta, pero con
una frecuencia menor.
Diagrama esquemático
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I b I c I b' I c' 0
I a I a'
Va 0 Va Va' 0
I a 0 I a1 I a 2
Va 0 Va1 Va 2 0
Se concluye que las mallas de secuencia quedan conectadas en serie tal como
se indica en la Figura 13.
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ANÁLISIS DE SISTEMAS DE POTENCIA II – INGENIERÍA ELÉCTRICA
Figura 13.- Conexión de las mallas de secuencia para una falla de dos fases
abiertas
puesto a tierra.
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Un efecto similar, aunque menos grave que el de una o dos fases abiertas,
produce la conexión de una impedancia anormal en una de las fases. Es una
situación que se presenta, por ejemplo, en el caso de reemplazar
temporalmente una unidad monofásica defectuosa en un banco de
transformadores, por otra de características diferentes, donde dos de las fases
tendrán el mismo valor en su impedancia serie, el que será distinto al de la
tercera. Otra situación de interés práctico se presenta cuando, debido a un
cortocircuito monofásico a tierra en una línea trifásica, se desconecta la fase
fallada por acción de los interruptores (monopolares) que protegen el tramo,
que corresponde al caso de una fase abierta en dos puntos.
Diagrama esquemático
Va Z a I a
Vb Z B I b
Vc Z C I c
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Va 0 Z B I a 0 ( Z A Z B )( I a 0 I a1 I a 2 )
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Va1 Z B I a1 ( Z A Z B )( I a 0 I a1 I a 2 )
3
1
Va 2 Z B I a 2 ( Z A Z B )( I a 0 I a1 I a 2 )
3
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ANÁLISIS DE SISTEMAS DE POTENCIA II – INGENIERÍA ELÉCTRICA
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ANÁLISIS DE SISTEMAS DE POTENCIA II – INGENIERÍA ELÉCTRICA
7. CONCLUSIONES
Las fallas de conductor abierto o las fases abiertas, son los defectos
producidos por la interrupción de una o más fases, sin contacto simultáneo
con otras fases o tierra.
Aunque no producen corrientes elevadas, provocan la circulación de
corrientes de secuencia (en especial negativa) que son peligrosas para los
equipos por el fuerte calentamiento que pueden originar.
Una alternativa para representar matemáticamente las redes eléctricas es
utilizar sus ecuaciones nodales. La formación de las ecuaciones nodales del
sistema trifásico es muy similar a la de la red de secuencia positiva,
solamente que a diferencia del primer caso, donde tanto parámetros como
variables del sistema son escalares, en el segundo caso se requiere utilizar
matrices y vectores.
En el análisis de las fallas serie, se ha considerado la red de secuencia
abierta en el punto de la falla, que para el caso de la falla serie monofásica
se conectan las redes de secuencia en paralelo (al estilo de una falla bifásica
a tierra) y en el caso de una falla serie bifásica se conectan en serie (en este
caso se asemeja la topología a la falla monofásica a tierra.)
Para el mismo tipo de red anterior, un equipo pesado puede cortar un
alimentador uniendo las tres fases.
Los primeros estudios de fallas se realizaron utilizando computadoras
analógicas llamadas analizadores de redes, los cuales tenían la desventaja
de requerir cambios de conexiones para cada tipo de SEP y condición de
falla.
El problema se resuelve aplicando a las mallas de secuencia, supuestas
independientes y sin impedancia.
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ANÁLISIS DE SISTEMAS DE POTENCIA II – INGENIERÍA ELÉCTRICA
8. BIBLIOGRAFIA
glongatt.org/OLD/Archivos/Archivos/SP_I/PPT-Cap7.FallaAsim.pdf -
Diapositivas de Capitulo 7, Fallas Asimétricas
https://es.scribd.com/document/233339532/fallas-serie-docx - fallas
serie.docx – Scribd
SISTEMAS DE POTENCIA, ANÁLISIS Y DISEÑO – Duncan Glover [3ra
Edición]
ANÁLISIS DE SISTEMAS DE POTENCIA – Stevenson W. D. 4th Ed. Mc Graw
– Hill Boor Company
SISTEMAS ELECTRICOS DE GRAN POTENCIA – B.M. WEEDY
POWER SYSTEM ANALISYS – HADI SAADAT
DISEÑO DE TORRES DE TRANSMISION ELECTRICA
SISTEMAS ELÉCTRICOS DE POTENCIA - D. P. KOTHARI
CALCULO DE CORRIENTE DE CORTO CIRCUITO - M GONZALEZ LONGATT
o OLLE I. ELGERD, “ELECTRIC ENERGY SYSTEMS THEORY, MCGRAW-
HILL j. J. ARRILLAGA.
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