Post on 07-Mar-2016
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1DIgSILENTClculo de Cortocircuitos
1
2
Contenido1 Terminologa Bsica
2 Mtodo de superposicin
3 Mtodo de la fuente equivalente de tensin
4 Corrientes de cortocircuitos en el transcurso del tiempo
5 Ejemplo: puesta a tierra en redes de distribucin.
23
Clculo de cortocircuito
Operacin de la redClculo de CC on-line
Planeamiento de la Red
Mtodos simplificados(IEC, ANSI, ...)Conjunto reducido de datos
Mtodo completo, Conjunto completo de datos
Mtodo 1:Fuente equivalente de tensin en el lugar de la falla.
Metodo 2.1: Mtodo de superposicin
Method 2.2: Solucin Ec. diferenciales
I inicial de CCISC (Ikss)
ip Ib Ith
m, n
I"k, Uki ik(t)
4
Aplicacin en el planeamiento de redes- Nivel de C.C. de las subestaciones existentes- Eleccin y ajuste de las protecciones- Dimensionamiento de las mallas de tierra- Capacidad trmica de cables.- Verificacin de suficiente nivel de cortocircuito en
determinados puntos de carga- Problemas de induccin producidos por fallas asimtricas
Aplicaciones en la operacin de la red - Verificacin de los lmites de CC. en caso de
reconfiguracin- Localizacin de fallas basadas en la impedancia de falla.- Clarificacin de las operacin fallida de protecciones.
Clculo de cortocircuito
35
Upper Amplitude
DC-Component iDC
Time
Current
Lower Amplitude
Corriente de CC (lejana al generador)
6
Corriente de CC (cercana al generador)
CurrentUpper Amplitude
Lower Amplitude
DC-Component iDC
47
CC. Cercano al generadorModel of the Synchronous Machine
xd-x'd
S
x'd-x"d x"d
E' E"E
t
8
Magnitudes importantes en el clculo de CC.
ip Corriente de picoidc Offset de continua de la corriente de cc.Ik" Componente AC de la Corriente Inicial de CC (sub-
transitoria).Ik Componente AC de la Corriente Transitoria de CC.Ik Componente AC de la Corriente Permanente
(estado estacionario) de CC.
Tambien de importancia:Sk" Potencia Aparente Inicial de CC.
knk "IU3"S =
59
Componentes simtricas: principioIm
Re
1 = a3
a2
a
120
120
120
I1R
t
I1S
I1T
I1R
t
I1T
I1S
I1R
t
I1T
I1S
Pos. Sequence System 1
Neg. Sequence System 2
Zero Sequence System 0
23j
21
a +=
23j
21
a2
=
0aa1 2 =++
10
=
2
1
0
2
2
11
111
III
aa
aa
III
T
S
R
=
T
S
R
III
aa
aa
III
2
2
2
1
0
11
111
31
Componentes simtricas - Transformacin
210R IIII ++=
212
0S IaIaII ++=
22
10T IaIaII ++=
012 RST
RST 012( )TSR0 III3
1I ++=
( )T2SR1 IaIaI31I ++=( )TS2R2 IaIaI31I ++=
611
Componentes simtricas: medicin de Z
Secuencia Positiva Sistema 1
Secuencia Negativa Sistema 2
Secuencia Cero Sistema 0
12
Clasificacin de los cortocircuitos
3-phase S/C
1
2
0
L1
L2
L3
ZA1
ZA2
ZA0
ZB1
ZB2
ZB0
~3nUc
1I
713
2-phase S/C (no Earth Contact)
Clasificacin de los cortocircuitos
1
2
0
L1
L2
L3
ZA1
ZA2
ZA0
ZB1
ZB2
ZB0
~3U
c n 1I
2I
14
2-phase S/C (incl. Earth Contact)
Clasificacin de los cortocircuitos
1
2
0
L1
L2
L3
ZA1
ZA2
ZA0
ZB1
ZB2
ZB0
~3nUc
1I
2I 0I
815
Phase-to-Earth S/C
1
2
0
L1
L2
L3
ZA1
ZA2
ZA0
ZB1
ZB2
ZB0
~3nUc
1I
0I
2I
Clasificacin de los cortocircuitos
16
Modelo de Red Externa
~U11
2
0
RN1 XN1
RN2 XN2
RN0 XN0
Parmetros de clculo
k
n1N
"I3UcZ
=
Otros parmetros:
1N2N ZZ =
RN1, XN1 segun relacin 1N
1N
XR
RN0, XN0 segun relacin 1N
0N
ZZ
and 0N
0N
XR
917
Modelo de lneas areas / cables
1
2
0
RL1 XL1
RL2 XL2
RL0 XL0CL0/2 CL0/2
Parameters and Calculation RL1, XL1 de acuerdo a la geometra/conductores y a los datos del fabricante
1L2L ZZ =
RL0, XL0 de acuerdo a la geometra/conductores y bajo la consideracin de posibles acoplamientos con caminos paralelos de materiales conductoresmaterials Coeficiente de temperatura de la resisitencia Valor mnimo de CC:
( )[ ] 20,LeL RC201R +=
18
Modelo Transformador de 2 arrollamientos
Parmetros:
rT
2HV,rT
kr1HV,T SU
uZ =
rT
2HV,rT
Rr1HV,T SU
uR =
1HV,T2HV,T ZZ =
1
2
0
RT,HV1 XT,HV1
RT,HV2 XT,HV2
3ZE1 3ZE2
ZT0
10
19
Modelo transformador de 3 arrollamientosParmetros:
12rT
2HV,rT
12kr1,12 SU
uZ =
12rT
2HV,rT
12Rr1,12 SU
uR =
23rT
2HV,rT
23kr1,23 SU
uZ =
23rT
2HV,rT
23Rr1,23 SU
uR =
31rT
2HV,rT
31kr1,31 SU
uZ =
31rT
2HV,rT
31Rr1,31 SU
uR =
1
0
RT,HV11 XT,HV11
3ZE1 3ZE3
ZT0
RT,HV31
XT,HV21RT,HV21
XT,HV31
2
3ZE2
RT,HV12 XT,HV11 RT,HV32
XT,HV22RT,HV22
XT,HV32
20
Modelo transformador de 3 arrollamientos (cont.)
( )1,311,231,1211HV,T ZZZ21Z +=( )1,311,231,1221HV,T ZZZ21Z +=( )1,311,231,1231HV,T ZZZ21Z ++=
1,HVi,T2,HVi,T ZZ =
1
0
RT,HV11 XT,HV11
3ZE1 3ZE3
ZT0
RT,HV31
XT,HV21RT,HV21
XT,HV31
2
3ZE2
RT,HV12 XT,HV11 RT,HV32
XT,HV22RT,HV22
XT,HV32
11
21
Modelo de reactor serie
1
2
0
RR1 XR1
RR2 XR2
RR0 XR0
Parmetros
rR
2n
kr1R I3U
uZ
=
rT
2rT
Rr1R SU
uR =
En caso de simetra: 1R0R2R ZZZ ==
22
Modelo mquina sincrnica (RG segun IEC)
RS/X"d UrG SrG0.15
1kV any0.07 > 1kV < 100 MVA0.05 > 1kV
100 MVA
Parameters and Calculation:dSS "jXRZ +=
Further Parameters:
2S2S2S jXR"jXRZ +=+=
Normally applicable: X2 = X"dIf x"d different from xq", it may be set:
( )qd22 "X"X21X"X +==~
U"11
2
0
RS1 X"S1
RS2 X"S2
RS0 X"S0
ZE
3ZE
S
12
23
Modelo de mquina asincrnicaParameters and Calculation:
rM
2rM
rM
LRAK S
U
II1Z
=
RM/XM UrM PrM per PolePair
0.1 > 1kV 1 MW0.15 > 1kV < 1 MW0.42 1kV, incl.
cablesany
ASM
~U"11
2
0
RA1 X"A1
RA2 X"A2
RA0 X"A0
24
Modelo compensacin shunt
1
2
0
RLoad1
XLoad1notforIEC60909
CLoad1
RLoad2
XLoad2CLoad2
RLoad0
XLoad0CLoad0
0
13
25
Modelo de convertidores
Parameters and Calculation:Calculation in general like in case of anAsynchronous Machine:
rM
2rM
rM
LRK,Conv S
U
II1Z
=
whereILR/IrM = 3RM/XM = 0.10
~U11
2
0
RConv1 XConv1
3ZE
3
RConv2 XConv2
RConv0 XConv0
26
~
~
~
US1
US2
US3
UOp,0
~ UOp,0
+
=
UOp,0
~
~
~
US1
US2
US3
USC= 0
IOp
IOp
IOp
ISC
ISC
ISC
ISC + IOp
ISC + IOp
ISC + IOp
a)
b)
c)
Estado incial antes del CC
Superposicin como resultado
Alimentacin inversa en el lugar de la falla
Mtodo Completo
14
27
Estado anterior al CC: sin flujo de carga
Superposicin como resultado aproximado
Alimentacin invertida en el lugar de falla (incluido factor de seguridad)
Mtodos simplificados (IEC, ANSI)
~
~
~ US3=Un3
UOp,0=Un
~
+
Un
~
~
~
Un1
Un2
Un3
USC= 0
IOp=0
ISC
ISC
ISC
ISC
ISC
ISC
a)
b)
c)
US2=Un2
US1=Un1
IOp=0
IOp=0
c Un
28
IEC 60909: Principio de los Factores de Correccin
~U"k Zk I"k
~c Un K Zk I"k,IEC
15
29
IEC 60909: Factores de correccin de tensin
Nominal Voltage Calc. max. S/C Currentcmax
Calc. min S/C Currentcmin
Low VoltageUn 1 kV
1.05 (bei Umax 1.06 Un)1.10 (bei Umax 1.10 Un)
0.95
Medium Voltage1 kV < Un 35 kV
1.10 1.00
High Voltage35 kV < Un
1.10If Un not defined:
cmaxUn Um
1.00If Un not defined:cminUn 0.9Um
In general must be considered: cmaxUn Um
30
IEC 60909: Correccin impedancia de transformadores
krT
maxT
x6.01c95.0K
+=
resp.
max,TbrT
max,TbrT
max
max,b
nT
sinI
Ix1
c
UUK
+
=
3-Winding Transformers:
12kr
max12T
x6.01c95.0K
+=
23kr
max23T
x6.01c95.0K
+=
31kr
max31T
x6.01c95.0K
+=
16
31
IEC 60909: Correccin impedancias mquinas sincrnicas.
Impedance Correction(Z1, Z2, Z0, with exception of Ze)
rGd
max
rG
nG sin"x1
c
UUK
+=
RS/X"d UrG SrG0.15 1kV any0.07 > 1kV < 100 MVA0.05 > 1kV 100 MVA
32
IEC 60909: Modelos para mquinas asincrnicas
- No Correction Factor- IEC 60909 formulating Conditions under which ASM should
not be neglected (not relevant for Software implementations)- Estimation of RM
RM /XM U rM P rM per PolePair
0.1 > 1kV 1 MW0.15 > 1kV < 1 MW0.42
1kV, incl.cables
any
17
33
IEC 60909: Factores correccin plantas generadoras
Power Stations with on-load tap changer at unit transformer
rGTd
max2r
2rG
2Netw,n
PS sinx"x1c
t1
UUK
+=
Power Stations with no-load tap changer at unit transformer
( ) ( ) rGdmax
TrGrG
Netw,nPS sin"x1
cp1t1
p1UU
K+
++
=
IEC60909 formulates modification rules for these factors
34
Compacin entre IEC 909:1988 e IEC 60909:2001 (1)IEC 909:1988 EC60909:2001
Netw.-Transf. No Impedance Correction FactorSpecial considerations in the followingcases:
- A single-fed S/C current has samedirection as operational current
- Tap Changer with voltage range >5%- S/C voltage Uk,min significantly smaller
than rated S/C voltage Ukr- Voltage during operation significantly
higher than Un (U>1.05 Un)
Special Correction Factor
SynM Impedance correction based on UrG Impedance correction based on (1.0 + pG)UrG (instead of UrG), when operationalvoltage permanently different from UrG
Unit with on-load tapchanger
Optional Choice between- Single correction of transformer and
Synchronous Machine- Unit Correction
Only Unit Correction admissible
Unit with no-load tapchanger
No Correction Specific Correction Factor
18
35
Compacin entre IEC 909:1988 y IEC 60909:2001 (2)
IEC 909:1988 EC60909:2001Lines max = 80 C max according to max. possible conductor
temperaturecmax in case ofLV networks
c max = 1.00 c max = 1.05 (if Ub < 1.06 Un)
else cmax = 1.10S/Ccontribution ofASM
- Consideration when calculation of 3P and2P(E)
- In case of low-impedance grounding alsoconsideration for 1PE (no guideline forcalculation)
- Concrete calculation guideline for all faulttypes
- Concrete rules for consideration of ASM(saving effort in case of manualcalculation)
Additionalcalculationprocedures
- Calculation guideline for 1-phaseconductor interruption in MV network (fusereaction) and a fault in the LV network
- Calculation guideline for the thermal S/Ccurrent taken over from EC 865-1
36
Tipos de alimentacin de la corriente de CC
Single-fed One-sided
Single-fed Multiple-sided
Meshed feeding
19
37
Mxima corriente inicial AC de CC Ik,max
k
2nmax
max,k Z1
3Uc
"I =
Mnima corriente inicial AC de CC Ik,min
k
2nmin
min,k Z1
3Uc
"I =
A considerar:- Factor cmin en lugar de cmax.- Para lneas areas y cables aplicar valores de resistencia no para
20C sino para la mxima temperatura permitida del conductor.- Topologa de la red y despacho de generadores ajustados de
manera de obtener la mnima corriente de CC posible.
Clculo de corrientes de cortocircuito IEC 60909
38
Corriente de pico ip (1)kp "I2i =
k
kXR3
k
k e98.002.1XR
+=
=
Para todos los tipos de falla (3p,2pE,2p,1p)
Clculo de en caso de alimentacin simple
Clculo de corrientes de cortocircuito IEC 60909
20
39
Corriente de pico ip (2)Clculo de en caso de alimentacin mallada
Mtodo A: Relacin uniforme R/XR/X de acuerdo a la relacin mnima de todas las ramas que contribuyen a la corriente de cortocircuito (conecciones en serie cuentan como una sola rama)
i: Ramas que contribuyen a la I de cortocircuito
Pro/Contras:+ Fcil de aplicar- R/X demasiado pesimista (demasiado pequea)
=
i
i
min XRMin
XR
Clculo de corrientes de cortocircuito IEC 60909
40
Corriente de pico ip (3)Clculo de en caso de alimentacin malladaMetodo B: Relacin R/X en el lugar de falla
Modificacionesa) En caso de una relacin R/X < 0.3 en todas las ramas, no se debe
aplicar el factor 1.15.b) En redes de baja tensin vale para (1.15 b) max el valor mximo 1.8c) En redes de media/alta tensin vale para (1.15 b) max el valor
mximo 2.0
Pro/Contras:+ mas exacto que el procedimiento A.
=
k
kb X
Rkbp "I215.1i =
Clculo de corrientes de cortocircuito IEC 60909
21
41
Corriente de pico ip (4)Clculo de en caso de alimentacin malladaMtodo C: Mtodo de la frecuencia equivalente- Todas las impedancias de red calculadas para fe
- Impedancia CC Zk,e calculada a la frecuencia fe- Factor Kappa basado en R/X para Zk,ePro/Contras:+ mas exacto- No es sencillo de calcular manualmente
i*
i RR =
e
ni
*
i ffXX =
fn fe50 Hz 20 Hz60 Hz 24 Hz
=
e
e
f,k
f,kc X
R
Clculo de corrientes de cortocircuito IEC 60909
42
Componente continua iDC
tXRf2
kDC e"I2ipi
=
R/X calculada en base a:
- Mtodo A (Relacin uniforme R/X)- Mtodo C (Mtodo de la frecuencia equivalente) con el valor de fe
dependiendo del intervalo de tiempo
ft
22
43
Corriente de apertura ib(no discutida aqu, ver IEC-60909)
Corriente de CC de estado estacionario Ik(no discutida aqu, ver IEC-60909)
Corriente de CC trmica Ith
( ) k2thk2kT
0
2 TITnm"Idtik
=+=
k
Tk
0
2
th T
dtiI
=
m Contribucin trmica de la componente DCn Contribucin trmica de la compoennte AC
Clculo de corrientes de cortocircuito IEC 60909
44
Ejemplo:Puesta a tierra de redes de distribucin
~U11
2
0
ZN1 ZT1 ZL1
ZN2 ZT2 ZL2
ZN0 ZT0 ZL0
ZE
3 ZE
1PE
CL/2CL/2
23
45
Centro de estrella rgido a tierra
~U11
2
0
ZN1 ZT1 ZL1
ZN2 ZT2 ZL2
ZN0 ZT0 ZL0
3 ZECL/2CL/2
~U11
2
0
ZN1 ZT1 ZL1
ZN2 ZT2 ZL2
ZN0 ZT0 ZL0
3 ZECL/2CL/2
Centro de estrella aislado
Ejemplo:Puesta a tierra de redes de distribucin
46
Centro de estrella compensado
~U11
2
0
ZN1 ZT1 ZL1
ZN2 ZT2 ZL2
ZN0 ZT0 ZL0
3 XECL/2CL/2
1CL3 LE20 =
Ejemplo:Puesta a tierra de redes de distribucin