4- Cortocircuito

SHORT CIRCUIT

SHORT CIRCUIT

Definición de CortocircuitoDefinición de Cortocircuito

Conexión accidental o intencional, de relativa baja Conexión accidental o intencional, de relativa baja resistencia o impedancia, en dos o más puntos en un resistencia o impedancia, en dos o más puntos en un circuito, que están normalmente a diferente tensión.circuito, que están normalmente a diferente tensión.

¿Cómo es la Corriente de Cortocircuito?¿Cómo es la Corriente de Cortocircuito?

R+jXR+jX

E Redt=0

dt

tdiLtiRtsenE 2t=0

SHORT CIRCUIT

¿Cómo es la Corriente de Cortocircuito? (cont.)¿Cómo es la Corriente de Cortocircuito? (cont.)¿ ( )¿ ( )

Al resolver la ecuación diferencial la corriente de Al resolver la ecuación diferencial la corriente de cortocircuito es:cortocircuito es:cortocircuito es:cortocircuito es:

RX

t

ektsenXREti

22

2XR

8

10

8

10

8

10

-4

-2

0

2

4

6

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35

-4

-2

0

2

4

6

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35

-4

-2

0

2

4

6

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 +=-6 -6-6

SHORT CIRCUIT

Fuentes de CortocircuitoFuentes de Cortocircuito

Las corrientes que fluyen durante un cortocircuito provienen Las corrientes que fluyen durante un cortocircuito provienen de las máquinas eléctricas (Generadores, Motores,de las máquinas eléctricas (Generadores, Motores,de las máquinas eléctricas (Generadores, Motores, de las máquinas eléctricas (Generadores, Motores, “Utilities”).“Utilities”).

La corriente de falla desde cada máquina eléctrica es La corriente de falla desde cada máquina eléctrica es limitada por la impedancia de la máquina, y la impedancia limitada por la impedancia de la máquina, y la impedancia entre la máquina y el cortocircuito.entre la máquina y el cortocircuito.entre la máquina y el cortocircuito.entre la máquina y el cortocircuito.

Las corrientes de falla generalmente no dependen de la Las corrientes de falla generalmente no dependen de la carga precarga pre--falla de la máquina.falla de la máquina.

SHORT CIRCUIT

Fuentes de Cortocircuito (cont.)Fuentes de Cortocircuito (cont.)( )( )

La impedancia de la máquina es un valor complejo y La impedancia de la máquina es un valor complejo y variable con el tiempo. Para los cálculos de los niveles devariable con el tiempo. Para los cálculos de los niveles devariable con el tiempo. Para los cálculos de los niveles de variable con el tiempo. Para los cálculos de los niveles de cortocircuito se han establecido tres valores distintos de cortocircuito se han establecido tres valores distintos de reactancia:reactancia:

Xd” Xd” Reactancia subtransitoria.Reactancia subtransitoria.Xd’Xd’ Reactancia transitoriaReactancia transitoriaXd Xd Reactancia transitoria.Reactancia transitoria.Xd Xd Reactancia sincrónica.Reactancia sincrónica.

SHORT CIRCUIT

Fuentes de Cortocircuito (cont.)Fuentes de Cortocircuito (cont.)( )( )

Para los generadores sincrónicos, los fabricantes presentan Para los generadores sincrónicos, los fabricantes presentan dos tipos de reactancias:dos tipos de reactancias:dos tipos de reactancias:dos tipos de reactancias:

Xdv” Xdv” A tensión nominal, saturada, más pequeña.A tensión nominal, saturada, más pequeña.Xdi” Xdi” A corriente nominal, no saturada, más grande.A corriente nominal, no saturada, más grande.

Para calcular el nivel de cortocircuito se utiliza Xdv”, como Para calcular el nivel de cortocircuito se utiliza Xdv”, como un valor conservador.un valor conservador.

SHORT CIRCUIT

Objetivos de los Estudios de CortocircuitoObjetivos de los Estudios de Cortocircuito

Los objetivos de los Estudios de Cortocircuito son:Los objetivos de los Estudios de Cortocircuito son:

Determinar Determinar correctamente los elementos de correctamente los elementos de protección a instalar (interruptores, fusibles, etc.).protección a instalar (interruptores, fusibles, etc.).

Determinar los esfuerzos térmicos y dinámicos que Determinar los esfuerzos térmicos y dinámicos que deben soportar cada uno de los componentes deben soportar cada uno de los componentes ubicados en una instalación eléctrica (conductores,ubicados en una instalación eléctrica (conductores,ubicados en una instalación eléctrica (conductores, ubicados en una instalación eléctrica (conductores, switchgear, MCC, etc.).switchgear, MCC, etc.).

Coordinar las distintas protecciones eléctricasCoordinar las distintas protecciones eléctricas Coordinar las distintas protecciones eléctricas Coordinar las distintas protecciones eléctricas instaladas (fusibles, interruptores, relés, etc.).instaladas (fusibles, interruptores, relés, etc.).

SHORT CIRCUIT

SHORT CIRCUIT

Short Circuit Study CaseShort Circuit Study Case

NORMA ANSI NORMA IEC

3-Phase Device Duty

3-Phase (30 Cycles)

LG LL LLG & 3 Phase (½ cycle)

3-Phase Device Duty

LG, LL, LLG & 3-Phase Faults

3-Phase Faults (Transient SC)LG, LL, LLG & 3-Phase (½ cycle)

LG, LL, LLG & 3-Phase (1.5-4 cycles)

LG, LL, LLG & 3-Phase (30 cycles)

3 Phase Faults (Transient SC)

Arc Flash

Opciones de Presentación

Arc Flash

Opciones de Presentación

Alarma

Alarma

Reportes

Gráficos (IEC 363)

Reportes

SHORT CIRCUIT

SHORT CIRCUIT

Norma ANSINorma ANSI

SHORT CIRCUIT

Norma ANSI (cont.)Norma ANSI (cont.)

Los niveles de cortocircuito según la Norma ANSI/IEEE se Los niveles de cortocircuito según la Norma ANSI/IEEE se calculan como sigue a continuación:calculan como sigue a continuación:

Se coloca una fuente de tensión equivalente en el punto de Se coloca una fuente de tensión equivalente en el punto de falla, que es igual a la tensión prefalla, que es igual a la tensión pre--falla en ese punto, falla en ese punto,

l d t d l f t d t ió t t tl d t d l f t d t ió t t treemplazando todas las fuentes de tensión tanto externas reemplazando todas las fuentes de tensión tanto externas como internas.como internas.

T d l á i t d i d iT d l á i t d i d i Todas las máquinas son representadas por su impedancia Todas las máquinas son representadas por su impedancia interna.interna.

Las capacitancias de las líneas y las cargas estáticas no seLas capacitancias de las líneas y las cargas estáticas no se Las capacitancias de las líneas y las cargas estáticas no se Las capacitancias de las líneas y las cargas estáticas no se consideran.consideran.

SHORT CIRCUIT


Los TAP’s de los transformadores se pueden seleccionar en Los TAP’s de los transformadores se pueden seleccionar en su su posición nominal o en una determinada posición, a fin de posición nominal o en una determinada posición, a fin de ajustar la impedancia de los transformadores.ajustar la impedancia de los transformadores.

Las impedancias del sistema se asumen que son trifásicas Las impedancias del sistema se asumen que son trifásicas b l db l dbalanceadas.balanceadas.

Se utiliza el método de las componentes simétricas para el Se utiliza el método de las componentes simétricas para el ál l d l f ll d b l dál l d l f ll d b l dcálculo de las fallas desbalanceadas.cálculo de las fallas desbalanceadas.

SHORT CIRCUIT


Se consideran tres redes de impedancias distintas a fin de Se consideran tres redes de impedancias distintas a fin de calcular los niveles de cortocircuito momentáneos, de calcular los niveles de cortocircuito momentáneos, de interrupción y de régimen permanente, cuyos valores se interrupción y de régimen permanente, cuyos valores se comparan con las capacidades de diferentes equipos de comparan con las capacidades de diferentes equipos de protección. Estas redes son: Red de ½ ciclo (red protección. Estas redes son: Red de ½ ciclo (red subtransitoria), red de 1.5subtransitoria), red de 1.5--4 ciclos (red transitoria) y red de 4 ciclos (red transitoria) y red de 30 ciclos (red de régimen permanente). 30 ciclos (red de régimen permanente).

A fin de calcular el radio X/R, la Norma ANSI/IEEE A fin de calcular el radio X/R, la Norma ANSI/IEEE recomienda el uso de redes separadas para R y X. Este valor recomienda el uso de redes separadas para R y X. Este valor usualmente es mayor que el calculado mediante una red de usualmente es mayor que el calculado mediante una red de impedancias complejas (R+jX).impedancias complejas (R+jX).

SHORT CIRCUIT


En la práctica, la Norma ANSI/IEEE considera la tensión preEn la práctica, la Norma ANSI/IEEE considera la tensión pre--falla como la tensión nominal del sistema (1.0 pu como la falla como la tensión nominal del sistema (1.0 pu como la tensión pretensión pre--falla para cada barra del sistema).falla para cada barra del sistema).

SHORT CIRCUIT


ENTRADA DE DATOS DE LOS EQUIPOS PARA EL CÁLCULO DE LOS NIVELES DE CORTOCIRCUITO

”

Xd”

X”

1.5-4 CICLOS

”

Xd”

X”

½ CICLO

’

Xd’Turbo generator

X”Utility

30 CICLOSEQUIPO

”

Xd”

X”

1.5-4 CICLOS

”

Xd”

X”

½ CICLO

’

Xd’Turbo generator

X”Utility

30 CICLOSEQUIPO

1.5 Xd”

Xd”

0.75 Xd’

Xd”

Xd”

Xd”

0.75 Xd’

Xd” Xd’Hydro-generator with amortisseur winding

InfinityCondenser

InfinitySynchronous motor

Xd’Hydro-generator without amortisseur winding

1.5 Xd”

Xd”

0.75 Xd’

Xd”

Xd”

Xd”

0.75 Xd’

Xd” Xd’Hydro-generator with amortisseur winding

InfinityCondenser

InfinitySynchronous motor

Xd’Hydro-generator without amortisseur winding

Infinity1.5 Xd”Xd”> 1000 HP @ 1800 rpm or less

Infinity1.5 Xd”Xd”> 250 HP @ 3600 rpm

Infinity3 0 Xd”1 2 Xd”All other = 50 HP

Induction Machine

Infinity1.5 Xd”Xd”> 1000 HP @ 1800 rpm or less

Infinity1.5 Xd”Xd”> 250 HP @ 3600 rpm

Infinity3 0 Xd”1 2 Xd”All other = 50 HP

Induction Machine

Infinity3.0 Xd1.2 XdAll other = 50 HP

Infinity1.67 Xd” Infinity< 50 HP

Infinity3.0 Xd1.2 XdAll other = 50 HP

Infinity1.67 Xd” Infinity< 50 HP

SHORT CIRCUIT


ENTRADA DE DATOS DE LOS DISPOSITIVOS DE PROTECCIÓNENTRADA DE DATOS DE LOS DISPOSITIVOS DE PROTECCIÓNPARA LA VERIFICACIÓN DE LOS NIVELES DE CORTOCIRCUITO

1.5-4 CICLOS½ CICLO 30 CICLOSDISPOSITIVO 1.5-4 CICLOS½ CICLO 30 CICLOSDISPOSITIVO

N/A

N/A

N/A

Interrupting capability

B b i



Closing and latching capability

N/AFuse

N/ALV circuit breaker

N/AS it h d MCC

N/AHV circuit breaker

N/A

N/A

N/A


B b i



Closing and latching capability

N/AFuse

N/ALV circuit breaker

N/AS it h d MCC

N/AHV circuit breaker

N/A

N/A

Instantaneous settings

Bus bracing

Overcurrent settingsRelay

N/ASwitchgear and MCC

N/A

N/A

Instantaneous settings

Bus bracing

Overcurrent settingsRelay

N/ASwitchgear and MCC

SHORT CIRCUIT

Norma IECNorma IEC

SHORT CIRCUIT

Norma IEC (cont.)Norma IEC (cont.)

La Norma IEC clasifica las corrientes de cortocircuito de acuerdo La Norma IEC clasifica las corrientes de cortocircuito de acuerdo a:a:

Su magnitud (máxima o mínima). Las corrientes máximas de Su magnitud (máxima o mínima). Las corrientes máximas de cortocircuito determinan las capacidades de los dispositivos. cortocircuito determinan las capacidades de los dispositivos. L i t í i tili l j t d lL i t í i tili l j t d lLas corrientes mínimas se utilizan para el ajuste de los Las corrientes mínimas se utilizan para el ajuste de los equipos de protección.equipos de protección.

L di t i d l d l t d f ll (l j )L di t i d l d l t d f ll (l j ) La distancia del generador al punto de falla (lejos o cerca). La distancia del generador al punto de falla (lejos o cerca). Cuando el generador se encuentra cerca del punto de falla, Cuando el generador se encuentra cerca del punto de falla, se modela el decaimiento de la componente AC en el cálculo. se modela el decaimiento de la componente AC en el cálculo. C d l d t l j d l t d f llC d l d t l j d l t d f llCuando el generador se encuentra lejos del punto de falla, no Cuando el generador se encuentra lejos del punto de falla, no se modela el decaimiento de la componente AC en el cálculo.se modela el decaimiento de la componente AC en el cálculo.

SHORT CIRCUIT


SHORT CIRCUIT


Los niveles de cortocircuito según la Norma IEC se calculan Los niveles de cortocircuito según la Norma IEC se calculan como sigue a continuación:como sigue a continuación:

Se coloca una fuente de tensión equivalente en el punto de Se coloca una fuente de tensión equivalente en el punto de falla, que reemplaza todas las fuentes de tensión.falla, que reemplaza todas las fuentes de tensión.

Se aplica un factor de tensión “c” para ajustar el valor de la Se aplica un factor de tensión “c” para ajustar el valor de la fuente de tensión equivalente, a fin de calcular la corriente fuente de tensión equivalente, a fin de calcular la corriente

á i í iá i í imáxima y mínima.máxima y mínima.

Todas las máquinas son representadas por su impedancia Todas las máquinas son representadas por su impedancia q p p pq p p pinterna.interna.

SHORT CIRCUIT


Las capacitancias de las líneas y las cargas estáticas se Las capacitancias de las líneas y las cargas estáticas se desprecian, excepto para el cálculo de la secuencia cero.desprecian, excepto para el cálculo de la secuencia cero.

Los TAP’s de los transformadores se asumen en su posición Los TAP’s de los transformadores se asumen en su posición nominal.nominal.

Las impedancias del sistema se asumen trifásicas Las impedancias del sistema se asumen trifásicas balanceadas y se utiliza el método de las componentes balanceadas y se utiliza el método de las componentes i ét i l ál l d l f ll d b l di ét i l ál l d l f ll d b l dsimétricas para el cálculo de las fallas desbalanceadas.simétricas para el cálculo de las fallas desbalanceadas.

Los cálculos consideran la distancia eléctrica desde el punto Los cálculos consideran la distancia eléctrica desde el punto de falla hasta el generador sincrónicode falla hasta el generador sincrónicode falla hasta el generador sincrónico.de falla hasta el generador sincrónico.

SHORT CIRCUIT


Para los generadores que se encuentran lejos del punto de Para los generadores que se encuentran lejos del punto de falla, los cálculos asumen que el valor en régimen falla, los cálculos asumen que el valor en régimen permanente de la corriente de cortocircuito es igual a la permanente de la corriente de cortocircuito es igual a la corriente de cortocircuito simétrica inicial. Para estos corriente de cortocircuito simétrica inicial. Para estos generadores se cumple: Ik = Ib = I”kgeneradores se cumple: Ik = Ib = I”k

Para los generadores que se encuentran cerca del punto de Para los generadores que se encuentran cerca del punto de falla, los cálculos contemplan las componentes DC y AC. falla, los cálculos contemplan las componentes DC y AC. Sólo la componente DC decae a cero. Para estos Sólo la componente DC decae a cero. Para estos generadores se cumple: Ik < Ib < I”kgeneradores se cumple: Ik < Ib < I”k

SHORT CIRCUIT

Norma IEC (cont.)Norma IEC (cont.)ENTRADA DE DATOS DE LOS DISPOSITIVOS DE PROTECCIÓNPARA LA VERIFICACIÓN DE LOS NIVELES DE CORTOCIRCUITO

ipMakingMV circuit breaker

Ib,symmAC Breaking

CORRIENTE DE CORTOCIRCUITO

CAPACIDAD DEL DISPOSITIVO

DISPOSITIVO

ipMakingMV circuit breaker

Ib,symmAC Breaking

CORRIENTE DE CORTOCIRCUITO

CAPACIDAD DEL DISPOSITIVO

DISPOSITIVO

Idc (*)

ipMakingLV circuit breaker

Ib,symmBreaking

Ib,asymmIb,asymm (*)

Idc (*)

ipMakingLV circuit breaker

Ib,symmBreaking


iB i kHV B ( 1000 V)

Ib,symmIb,asymm (*)

Ib,asymmBreakingFuse

, yg


iB i kHV B ( 1000 V)

Ib,symmIb,asymm (*)

Ib,asymmBreakingFuse

, yg


ipBracing peakHV Bus (>1000 V)

ipBracing peakLV Bus (<1000 V)

ipBracing peakHV Bus (>1000 V)

ipBracing peakLV Bus (<1000 V)

(*) Esta capacidad del dispositivo la calcula el ETAP.

SHORT CIRCUIT

Short Circuit Study Case (cont.)Short Circuit Study Case (cont.)

SHORT CIRCUIT


- Adjust Base kV: La tensión base de la barra se calcula a partir del rango de tensión del p gtransformador y la selección del TAP.

- Use Nominal Tap: La tensión base de la barra se calcula a partir del rango de tensión del transformador No se ajusta la impedancia deltransformador. No se ajusta la impedancia del transformador y no se toma en cuenta la selección del TAP.

- Cable/OL Heater: Incluye la impedancia del alimentador del equipo y de la sobrecarga de los “heaters” para el cálculo del nivel de cortocircuitoheaters para el cálculo del nivel de cortocircuito.

SHORT CIRCUIT


- Motor Status: Todos los motores en operación “continua” e “intermitente” se consideran para el cálculo del nivel de cortocircuito. No se consideran los motores en operación “spare”.

- Loading Category: Todos los motores con carga,Loading Category: Todos los motores con carga, en el “loading category” se consideran para el cálculo del nivel de cortocircuito. No se consideran los motores con cero carga.

Both No se consideran los motores en operación- Both: No se consideran los motores en operación “spare” ni los motores con cero carga en el “loading category”, para el cálculo del nivel de cortocircuito.

SHORT CIRCUIT


SHORT CIRCUIT


- Fixed Prefault Voltage: Permite especificar un mismo valor de tensión pre-falla para todas las barras del sistema que puede estar en porcentajebarras del sistema, que puede estar en porcentaje de la tensión nominal o de la tensión base.

- Variable Prefault Voltage: Utiliza la tensión pre-falla definida en el editor de cada una de las barras. Se puede correr un Flujo de Carga y actualizar estos valores de tensión.

- Fixed: ETAP utiliza el mismo valor de X/R (Xd”/Ra) para la ( ) pred de ½ ciclo y 1.5-4 ciclos.

- Variable: ETAP utiliza X/R y la reactancia subtransitoria (Xd”) para calcular la resistencia de armadura (Ra). Siendo Ra igual para la red de ½ y 1 5 4 ciclos La Norma ANSI/IEEERa igual para la red de ½ y 1.5-4 ciclos. La Norma ANSI/IEEE no considera X/R variable.

SHORT CIRCUIT


El ETAP permite alEl ETAP permite alEl ETAP permite al El ETAP permite al usuario ajustar las usuario ajustar las impedancias de los impedancias de los diferentes elementos deldiferentes elementos deldiferentes elementos del diferentes elementos del sistema eléctrico según sistema eléctrico según su tolerancia y corrección su tolerancia y corrección por temperatura (para por temperatura (para p p (pp p (pmayor información ver mayor información ver Estudios de Flujo de Estudios de Flujo de Carga).Carga).

SHORT CIRCUIT


El ETAP permite al El ETAP permite al usuario desplegar de usuario desplegar de forma a tomática en elforma a tomática en elforma automática en el forma automática en el diagrama unifilar, si algún diagrama unifilar, si algún elemento del sistema elemento del sistema eléctrico excede su valoreléctrico excede su valoreléctrico excede su valor eléctrico excede su valor crítico o marginal.crítico o marginal.

4- Cortocircuito

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