Presentado por:

BAQUERIZO VEGA KEVIN JOEL.

BAUTISTA MALLQUI YUNIOR

ANGEL.

HUILLCAS ALVINO JUAN CARLOS.

“AÑO DE LA PROMOCIÓN DE LA INDUSTRIA RESPONSABLE Y DEL COMPROMISO CLIMÁTICO”

pág. 1

ÍNDICE

I. IDENTIFICACIÓN DEL PLAN DE TESIS

1.1. Título del tema

1.2. Ejecutores

1.3. Lugar de ejecución

II. RESUMEN

III. PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN

3.1. Planteamiento del problema

3.2. Formulación del problema

3.2.1. Problema general

3.2.2. Problema específico.

IV. OBJETIVOS

4.1. Objetivos generales

4.2. Objetivos específicos

V. JUSTIFICACIÓN

VI. MARCO TEÓRICO

6.1. Flujo de potencia

6.2. Fallas en un sistema de potencia

6.3. Clasificación de las fallas

6.4. Tipos de fallas

6.5. Calculo de cortocircuito

6.6. Concepto de potencia de cortocircuito

VII. HIPOTESIS

7.1. HIPOTESIS GENERAL

7.2. HIPOTESIS ESPEIFICO

VIII. METODOOGÍA

8.1. TIPO DE INVESTIGACION

8.2. MÉTODOS AUTILIZARSE

IX. TECNICAS DE INVESTIGACIÓN

X. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

pág. 2

I. IDENTIFICACION DEL PLAN DE TESIS

1.1. TITULO DEL TEMA

CALCULO DE LA CORRIENTE DE CORTOCIRCUITO DEL SISTEMA

ELÉCTRICO DE POTENCIA COBRIZA DEL SISTEMA ELÉCTRICO

INTERCONECTADO NACIONAL (SEIN).

1.2. EJECUTORES

BAQUERIZO VEGA KEVIN JOEL.

BAUTISTA MALLQUI YUNIOR ANGEL

HUILLCAS ALVINO JUAN CARLOS

1.3. LUGAR DE JECUCION

El presente trabajo de investigación se desarrolló en Churcampa, la

Provincia oriental de Huancavelica, limita al este y sur con el

departamento de Ayacucho, al oeste con Acombaba, al norte con

Tayacaja. En La minería de Cobriza, unidad de ex Centromin Perú,

ubicada en el distrito de San Pedro de Coris.

II. RESUMEN

Una característica fundamental en un sistema eléctrico de potencia es que

debe existir en forma continua un equilibrio entre la generación y la carga

eléctrica, de esta forma se tendrá una operación estable. En el sistema se

tiene una gran diversidad de cargas eléctricas, las cuales se conectan y

desconectan en forma continua.

Aunque los sistemas sean diseñados tomando en cuenta las normas para tal

efecto, un sistema 100% infalible es imposible de diseñar y construir, pues

además de la imposibilidad natural para obtener un producto perfecto,

tampoco es adecuado hacerlo, desde el punto de vista económico, por lo que

pág. 3

cualquier sistema eléctrico está expuesto a las contingencias asociadas con

las fallas en su operación. Además el envejecimiento natural de los

componentes de dichos sistemas, es una de las causas naturales de la

presencia de fallas en los sistemas. Por otro lado existen fenómenos de

carácter aleatorio y debido a la naturaleza, que también son causa muy

frecuente de dichos problemas.

Debido a lo mencionado en el párrafo anterior, es obvio pensar que la única

forma de enfrentar dichos fenómenos, es a través de sistemas de protección.

Esta última es una de las aplicaciones principales del análisis de fallas. El

sistema de protección lo forma una parte, que podríamos decir es la parte

“inteligente” del sistema de protección, y que está compuesta por todos los

instrumentos de transformación, TP’s y TC’s por ejemplo, y además por los

instrumentos de medición y, por supuesto por los relés de protección, que

son los instrumentos principales de este conjunto de componentes.

Sin embargo esta parte es la encargada de enviar las ordenes pertinentes al

sistema que actuará para liberar la falla; esta otra parte, la parte actuante por

decirlo de alguna manera, la conforman otro conjunto de elementos, de los

cuales el más importante es el interruptor de potencia.

El análisis de fallas proporciona la cuantificación de ajustes y capacidades

requeridas por el sistema de protección, para hacer su trabajo en forma

correcta. En el caso de los relés o relevadores, como prefieren algunos

nombrarlos, se requiere ajustarlos a los valores en que deben operar, con el

fin de que no operen en situaciones en que no lo deben hacer; lo anterior

está asociado con lo que se denomina coordinación de protecciones, que

consiste en la determinación de los ajustes precisos de los relevadores, con

el fin de que estos operen aislando la parte justamente necesaria para

eliminar la falla, y evitar de esta manera el dejar sin servicio de manera

innecesaria partes del sistema.

Por otro lado existe la necesidad de determinar la capacidad de los

interruptores. Esto último es importante hacerlo en función de obtener una

pág. 4

operación de éstos correcta, pues de no poseer la capacidad necesaria el

efecto puede ser catastrófico e implicar pérdidas materiales y humanas.

Ambas tareas arriba mencionadas requieren de un conocimiento preciso de

los valores asociados con las fallas, que pueden ocurrir en el sistema, dichos

valores son obtenidos a través un estudio de fallas del sistema.

Existen más aplicaciones del análisis de fallas, pero con el objeto de no hacer

voluminoso de manera innecesaria este material, exponemos únicamente el

caso de protección de los sistemas eléctricos, que es, sino la más importante,

una de las aplicaciones más importantes de dicho estudio.

III. PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN

3.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Los cortocircuitos pueden causar daño severo cuando no se

interrumpen de inmediato. En algunos casos, las corrientes de falla de

alta impedancia pueden ser insuficientes para operar los relevadores

de protección o quemar los fusibles. Los esquemas normales de

protección de sobre corrientes que se utilizan en la distribución

secundaria en algunos edificios industriales, comerciales y

residenciales grandes podrían fallar en la detección de fallas de alta

impedancia, conocidas como comúnmente como fallas de arco:

3.2. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA

Problema general

Debido a que el funcionamiento de los sistemas eléctricos de

alternado tiene un comportamiento dinámico, las condiciones de

funcionamiento deben ser establecidas aplicando criterios de

funcionamiento muy estrictos para evitar los problemas de

estabilidad dinámica, que pueden llevar al sistema al estado de

colapso. En estos estados de emergencia se

producen apagones que dejan a gran cantidad de consumidores sin

el suministro de energía eléctrica, necesaria para el normal

pág. 5

funcionamiento de la vida moderna, y el sistema requiere la

Restauración de cargas. Otros estados de emergencia menos

críticos pueden llevar al sistema al colapso de tensión. En este

fenómeno partes del sistema eléctrico sufren caídas de tensión que

afectan el funcionamiento de los artefactos eléctricos conectados a

la red, lo que significa que la calidad del suministro eléctrico es

deficiente.

Problema especifico

¿Cuál es el problema de las fallas de arco en sistemas de

distribución de potencia de bajo voltaje?

¿Cuáles son los fenómenos transitorios en circuitos R-L en

serie?

¿En qué consiste el cortocircuito trifásico en sistemas de

potencia?

¿En qué consiste el método de la matriz de impedancia de

bus?

¿de acuerdo a que parámetros se selecciona los

interruptores y fusibles en el sistema de protección del SEP?

¿Cuál es la corriente de cortocircuito en el punto de falla?

IV. OBJETIVOS

4.1. Objetivos generales

Calculo de la corriente de cortocircuito del sistema eléctrico de potencia

cobriza del sistema interconectado nacional. (SEIN).

4.2. Objetivos específicos

Definir la capacidad de ruptura de los interruptores necesarios en las

diversas partes de un SEP, para lo que se realiza normalmente un

cálculo de cortocircuito trifásico simétrico, debido a que este tipo de

falla produce las corrientes de cortocircuito más elevadas en la

mayoría de los casos.

pág. 6

Ayudar a establecer un sistema adecuado de protección para

diversas condiciones de falla, para lo que se debe realizar un cálculo

de distribución de corrientes en la red del SEP tanto para

cortocircuitos simétricos como asimétricos (usualmente el

cortocircuito monofásico).

en general, el cálculo de cortocircuitos debe proporcionar los

siguientes resultados:

La corriente en el punto de falla

La potencia de cortocircuito en el punto de falla

La distribución de Corrientes post-falla en todas las líneas Del SEP

Las tensiones post-falla en todas las barras

V. JUSTIFICACION

El estudio de fallas en el sistema eléctrico de potencia, proporciona la

cuantificación de ajustes y capacidades requeridas por el sistema de

protección, para hacer su trabajo en forma correcta. Los estudios del flujo de

potencia o flujo de carga son importantes para el planeamiento de la

expansión futura de los sistemas de potencia, así como para determinar la

mejor operación de los sistemas existentes. La principal información obtenida

del problema de flujo de potencia es la magnitud y ángulo de la fase del

voltaje en cada nodo, y la potencia activa y reactiva fluyendo en cada línea.

VI. MARCO TEÓRICO

1. FLUJO DE POTENCIA

En ingeniería eléctrica, el estudio de flujo de potencia, también conocido

como flujo de carga, es una herramienta importante que involucra análisis

numérico aplicado a un sistema de potencia. En el estudio del flujo de

potencia usualmente se usa una notación simplificada tal como el diagrama

unifilar y el sistema por unidad, y se centra en varias formas de la potencia

pág. 7

eléctrica AC (por ejemplo, voltajes, ángulos de los voltajes, potencia activa y

potencia reactiva). Este estudio analiza los sistemas de potencia operando

en estado estable. Existen varios software que implementan el estudio del

flujo de potencia.

En adición al análisis de flujo de potencia, llamado en ocasiones el caso base,

muchas implementaciones software ejecutan otros tipos de análisis, tal como

el análisis de falla de cortocircuito, estudios de estabilidad (transitorio y

estado estable), unit commitment y despacho económico.1 Particularmente,

algunos programas usan programación lineal para encontrar el flujo de carga

óptimo, es decir, las condiciones que dan el costo más bajo por kilovatio-hora

entregado.

2. FALLAS EN UN SISTEMA DE POTENCIA

2.1. DEFINICIÓN.

Falla es una condición no deseada que hace que el SEP y/o

componente del mismo no desempeñe una función para la cual existe

debido a una eventualidad o suceso natural o provocado (error técnico).

Comparación de lo que está sucediendo con lo que debería suceder.

Los propósitos con que se realiza un estudio de fallas en un SEP’s son

diversos.

En ocasiones, la especificación de equipo de interrupción es el

objetivo principal.

La definición de estrategias operativas dentro de ciertos niveles de

corto circuito, así como el ajuste de equipo de protección requieren

del análisis de fallas.

La ocurrencia de fallas o corto circuitos en SEP’s es un fenómeno

de naturaleza aleatoria.

Una falla es en realidad una conexión no planeada que modifica

drásticamente la condición de operación de un SEP.

pág. 8

El impacto de la falla en la operación del SEP en el tiempo, siendo

en los primeros ciclos después de su ocurrencia donde se

presentan los valores mayores de corrientes.

El estudio completo de fallas en SEP’s requiere de estudios

dinámicos (estabilidad transitoria) con el propósito de conocer el

impacto de éstas, sobre el comportamiento de diversas variables

del SEP conforme transcurre el tiempo.

En forma genérica, las fallas en un SEP suelen ser clasificadas

como fallas simétricas y asimétricas, o fallas en derivación y fallas

serie.

3. CLASIFICACIÒN DE LAS FALLAS.

Existen fenómenos transitorios que ocurren cuando se dan las

condiciones anormales en un sistema eléctrico de potencia, de esta

manera se pueden clasificar de la siguiente manera.

3.1. FENÓMENOS TRANSITORIOS ULTRARRÁPIDOS:

Corresponden sustancialmente a descargas atmosféricas sobre las

líneas de transmisión y a los fenómenos producidos por operaciones

de conexión y desconexión de diversos componentes de la red del

SEP, tales como, las líneas. Las perturbaciones de este tipo dan origen

a ondas de tensión y corriente que viajan prácticamente a la velocidad

de la luz, pero su efecto dura unos pocos milisegundos después de

iniciado. Sin embargo, los procesos de reflexión de las ondas

producen elevadas tensiones que pueden llegar a destruir el equipo

asociado a las líneas. La razón del estudio de estos fenómenos radica

en el hecho de que su análisis suministra las bases necesarias para la

selección adecuada del nivel de aislación de los equipos eléctricos

asociados a las líneas y de las líneas mismas.

3.2. FENÓMENOS TRANSITORIOS MEDIANAMENTE RÁPIDOS:

pág. 9

En este grupo se incluyen los fenómenos causados por cambios

abruptos de la estructura del SEP, o sea los cortocircuitos o líneas

abiertas. Usualmente, sólo los 10 primeros ciclos son de importancia

práctica y se estudian en el rango de 10 a 100 milisegundos siguientes

a la falla.

3.3. FENÓMENOS TRANSITORIOS LENTOS:

Cuando ocurre un cortocircuito en una línea de transmisión importante

y no se desconecta oportunamente la sección afectada, puede

producirse uno de los fenómenos más peligrosos de un SEP, esto es,

oscilaciones mecánicas de los rotores de los generadores. Se

producen fenómenos transitorios electromecánicos que se estudian

bajo el nombre de estabilidad transitoria. Las oscilaciones mecánicas

de los rotores son relativamente lentas, en consecuencia, los estudios

de estabilidad transitoria se realizan en el rango de fracción de

segundo hasta un minuto.

Debido a los fenómenos transitorios se pueden producir en un SEP,

diversas alteraciones que reciben el nombre de fallas. Una falla en un

circuito es cualquier evento que interfiere con el flujo normal de

corriente. Sin embargo, dentro de este curso, designaremos como

fallas a los cortocircuitos y las fases abiertas.

4. TIPOS DE FALLAS:

4.1. CORTOCIRCUITOS

Trifásico simétrico, aislado o a tierra, bifásico aislado (cortocircuito

entre 2 líneas), bifásico a tierra (entre dos líneas y el conjunto a tierra)

y monofásico (una línea conectada a tierra).

4.2. FASES ABIERTAS

pág. 10

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.

En el caso de fallas simétricas, el cálculo se realiza en base a una

representación monofásica (por fase) de la red del SEP y se aplican

las técnicas normales de análisis de circuitos. Para el cálculo de las

fallas asimétricas, resulta conveniente utilizar al Método de las

Componentes Simétricas.

5. CALCULO DE CORTOCIRCUITO

En general las corrientes de cortocircuito alcanzan magnitudes mucho

mayores que los valores nominales de los generadores, transformadores y

líneas. Si se permite que estas corrientes circulen por un período prolongado,

pueden causar un serio daño térmico al equipo y problemas de estabilidad

de funcionamiento en el SEP.

En este aspecto, el tipo de cortocircuito más severo es el trifásico, el que

además de dar valores elevados de corriente, reduce a cero la capacidad de

transmisión de una línea, lo siguen los cortocircuitos bifásicos y finalmente el

monofásico. En cambio, el tipo más frecuente es el monofásico

(aproximadamente el 75% de los casos) y el menos frecuente es el trifásico

(aproximadamente el 5% de los casos). En muchas oportunidades las

corrientes de cortocircuito se auto extinguen y se restablece la aislación.

Debido a este hecho, se utilizan en la práctica interruptores que reconectan

automáticamente la línea dañada, una, dos o más veces para probar si la

pág. 11

falla se ha eliminado. Sólo en el caso de que la falla persista, el interruptor

desconecta la línea en forma definitiva.

5.1. APROXIMACIONES

Las máquinas síncronas se representan por los circuitos

equivalentes aproximados, que se muestran a continuación:

Las cargas, cuando se estima necesario incluirlas, se suponen

independientes de la tensión y se representan por una impedancia

o admitancia equivalente.

Todas las tensiones internas de los generadores se suponen iguales

entre sí e iguales a 1,0 (pu).

Se desprecian las Corrientes de pre-falla.

En muchos casos se desprecian las resistencias de los elementos y

sólo se consideran sus reactancias.

Los transformadores con cambio de Tap se consideran en su razón

nominal.

6. CONCEPTO DE POTENCIA DE CORTOCIRCUITO

Durante un cortocircuito trifásico simétrico en un SEP, las tensiones en las

barras no falladas disminuyen. La magnitud de la caída de tensión en las

barras es una indicación de la capacidad de SEP para reaccionar frente al

cortocircuito. Es conveniente disponer de una medida de esta propiedad del

sistema como asimismo de la severidad de la falla.

pág. 12

Ambos objetivos se pueden cumplir definiendo una cantidad denominada

"Potencia de cortocircuito", "Capacidad de cortocircuito", o "nivel de falla" de

la barra fallada. Considérese una barra “p” cualquiera del SEP en la cual se

ha producido un cortocircuito trifásico simétrico.

Sean:

Vp(0) : tensión en la barra p antes de producirse la falla

Ipf : corriente de cortocircuito o de falla en la barra p.

Entonces, por definición, la potencia de cortocircuito Scc en la barra p será:

Por otra parte si VB e IB son, respectivamente, el voltaje base y la corriente

base en el sector que corresponde a la barra p, se puede demostrar que:

pág. 13

Zpf es la impedancia de cortocircuito en la barra “p” y corresponde a la

impedancia equivalente de Thevenin calculada desde la barra p hacia el interior

del SEP.

7.- CORTOCIRCUITOS TRIFÁSICOS SIMÉTRICOS

7.1.- MÉTODO TRADICIONAL.

Como en el caso de un cortocircuito trifásico simétrico, el SEP queda

balanceado, es posible trabajar utilizando el circuito equivalente por fase, con

las aproximaciones usuales, aplicando Thevenin en el punto de falla. El

método es cómodo para resolver problemas con pocos nudos; sin embargo,

cuando se trata de sistemas de mayor tamaño, resulta poco práctico. Por otra

parte, para calcular un cortocircuito en otra barra es necesario hacer de

nuevo todos los cálculos. Adicionalmente, la determinación de los voltajes en

las otras barras y el cálculo de las corrientes en las líneas significan resolver

la red completa del SEP.

7.2.-CÁLCULO SISTEMÁTICO – MÉTODO GENERAL

Cuando se trata de sistemas de gran magnitud, los cálculos manuales

resultan demasiado engorrosos y se debe recurrir al uso de los computadores

digitales. El procedimiento que se sigue, en vez de calcular las corrientes en

el punto de falla, para luego repartirlas en todo el sistema; consiste en

calcular directamente las tensiones en los distintos nudos, con ayuda de un

modelo nodal de impedancias. Conocidas las tensiones durante la falla,

pueden calcularse a continuación las corrientes por las diversas ramas.

Debido a la rapidez del cálculo digital, la matriz de impedancia puede por

pág. 14

ejemplo, incluir las admitancias paralelo tales como las asociadas a las

cargas. Las tensiones, post-falla se pueden obtener como la superposición

de la situación pre-falla (obtenida normalmente de un cálculo de flujo de

potencia) con la situación durante la falla solamente, es decir:

Dónde:

V (f B): Vector de tensiones post-falla

VB (0): Vector de tensiones pre falla

V cc B ( ): Vector de tensiones debido sólo a la falla:

Aplicando el método de resolución nodal a la red del SEP, después de falla se

tiene:

pág. 15

En que [IF] es el vector de corrientes (de falla) inyectadas en las distintas barras

y [ ] ZB es la matriz de impedancia de barras que corresponde a la inversa de la

matriz de admitancia de barras [YB ].

Definidas como:

En realidad no se inyecta corriente en ninguna de las barras, sino que se extrae

corriente exclusivamente desde la barra fallada (por ejemplo, la barra p); por lo

tanto, sólo uno de los elementos del vector de corrientes inyectadas es distinto

de cero y vale − Ipf. Entonces:

pág. 16

Si existe una impedancia de falla ZF entre la barra fallada p y tierra se tiene:

Entonces de las ecuaciones anteriores:

Expresión que permite calcular la corriente en la barra fallada. Así mismo, el

voltaje en esta barra es:

pág. 17

De la misma forma se puede obtener el voltaje en cualquier otra barra y la

corriente de falla en una línea cualquiera conectada entre las barras p y q cuya

impedancia es zpq:

7.3.-CORTOCIRCUITO ASIMETRICOS

Las fallas asimétricas requieren del conocimiento y uso de las

componentes simétricas, o de algún otro método apropiado para su

estudio

El método de las componentes simétricas desarrollado por Fortescue, es

una herramienta que permite analizar circuitos polifásicos

desbalanceados.

En general, el método considera que “n” fasores se pueden descomponer

en “n” sistemas de vectores equilibrados denominados componentes

simétricos.

En los sistemas trifásicos, se van a tener 3 componentes simétricos,

donde cada uno tiene vectores de igual magnitud y con el mismo

desfasamiento.

7.3.1.-COMPONENTES DE SECUENCIA POSITIVA.-

Son tres fasores con la misma magnitud desfasados 120° en secuencia positiva.

Se suele representar la variable del fasor con el número 1.

7.3.2.-COMPONENTES DE SECUENCIA NEGATIVA.-

Corresponden a tres fasores de igual magnitud desfasados 120° en secuencia

negativa. Se representa con el número 2 conjuntamente con el vector.

pág. 18

7.3.3.- COMPONENTES DE SECUENCIA CERO.-

Son tres fasores de igual magnitud sin diferencia angular entre ellos. Se

representa con el número 0 conjuntamente con el fasor.

La figura siguiente muestra cada una de las componentes de secuencia

descritas anteriormente para un fasor. Como se puede apreciar, cada

componente de secuencia está conformada por tres fasores de igual magnitud y

con la misma diferencia angular entre ellos.

Un sistema trifásico desbalanceado se compone de la suma de las componentes

de secuencia positiva, negativa y cero. Las ecuaciones anteriores representan el

fasor de fase como la suma de los respectivos componentes simétricos. La figura

anterior muestra gráficamente el mismo resultado.

Además tomando como referencia el primer vector:

pág. 19

Las siguientes ecuaciones detallan las condiciones finales que se logra mediante la

aplicación de las componentes simétricas. La ventaja es evidente, ya que los valores

de fase necesitan únicamente de la descomposición de una de ellas en

componentes de secuencia. La representación de las ecuaciones anteriores en

forma de matrices se muestra en las siguientes ecuaciones.

pág. 20

Cabe indicar la importancia que representa la matriz de la mitad. Esta, se utiliza en

muchos aspectos de ingeniería como el análisis de cortocircuitos desbalanceados.

Se la conoce como matriz de transformación de componentes simétricos.

8.-REDES DE SECUENCIA.

Un SEP balanceado se puede representar por tres redes de secuencia

independientes entre si (sin acoplamientos); una red de secuencia positiva,

una red de secuencia negativa y una red de secuencia cero. Cada red de

secuencia representa una fase del SEP y todas las impedancias

corresponden a una determinada secuencia. La red de secuencia positiva es

la única que normalmente contendrá fuentes de fem, según lo expuesto. Por

otra parte, teniendo presente las aproximaciones usuales que se realizan en

los cálculos de cortocircuito; es decir, que las fem de todos los generadores

se consideran iguales en módulo y ángulo de fase y que se desp recian las

corrientes de prefalla, se concluye que en ausencia de cortocircuitos en el

sistema no existirán corrientes en ninguna de las redes de secuencia. Por lo

tanto las redes de secuencia negativa y cero, son totalmente pasivas antes

de falla.

Para los efectos del cálculo de cortocircuitos asimétricos es necesario

establecer para cada red de secuencia, su circuito equivalente de Thevenin

mirado desde el punto de falla. Supongamos que se produce una falla en el

punto F de un sistema y que los circuitos equivalentes de Thevenin

corresponden a los indicados en la Figura , donde la tensión prefalla en F es

Va(0). La corriente de falla en dicho punto tendrá en general componentes

de secuencia positiva, negativa y cero. En estas condiciones circularán

pág. 21

corrientes en todas las redes de secuencia y aparecerán tensiones en sus

terminales. Esto significa que las 3 redes deben interconectarse en una forma

que dependerá del tipo particular de falla y cuyos detalles veremos luego.

Entonces la situacion de postfalla se ve en la figura:

Y del circuito se puede sacar que:

pág. 22

9.- CORTO CIRCUITO MONOFÀSICO A TIERRA A TRAVÈS DE UN

IMPEDANCIA DE FALLA ZF

9.1.- DIAGRAMA ESQUEMÁTICO

La figura muestra en forma esquemática esta situación

Representación esquemática de un cortocircuito monofásico

9.2.- CONDICIONES IMPUESTAS POR LA FALLA

0

2

1

2

2

1 1 11 1

1 03 3

1 0

a a

a

a

I I I

I a a I

I a a I

9.3.-INTERCONEXIÓN DE REDES DE SECUENCIA

A partir de las ecuaciones anteriores se deduce que las redes de secuencia

quedan conectadas en serie; tal como se muestra en la figura.

pág. 23

Las componentes de secuencia de los voltajes de línea a tierra en la falla se

determinan a partir de:

0 0 0

1 1 1

2 2 2

0 0 0

0 0

0 0 0

F

V Z I

V V Z I

V Z I

Los voltajes de línea a tierra en la falla se pueden obtener transformando los

voltajes de secuencia al domino de fase.

pág. 24

0

2

1

2

2

1 1 1

1

1

P S

a

b

c

V A V

V V

V a a V

V a a V

10.-CORTO CIRCUITO BIFÁSICO A TRAVES DE UNA IMPEDANCIA DE FALLA

ZF

10.1.- DIAGRAMA ESQUEMÁTICO

Representaciones esquemáticas de un corto circuito bifásico

10.2.- CONDICIONES IMPUESTAS POR LA FALLA

CONDICIONES DE FALLA EN EL DOMINIO DE LA FASE

0

2 2

1

2

22

01 1 1 0

1 11

3 31

1

3

b b

b

b

I

I a a I a a I

I a a I

a a I

pág. 25

10.3.-INTERCONEXIÓN DE REDES DE SECUENCIA

Redes de secuencia interconectadas

De la figura, las corrientes de falla son:

1 2

1 2

F

F

VI I

Z Z Z

0 0I

Transformando la ecuación al dominio de fase y usando la identidad

2 3a a j , la corriente de falla en la fase b es:

2 2

0 1 2 1bI I a I aI a a I

1

1 2

33 F

F

j Vj I

Z Z Z

0 1 2 0aI I I I

2 2

0 1 2 1c bI I aI a I a a I I

11.- CORTO CIRCUITO BIFÁSICO A TIERRA A TRAVÉS DE UNA

IMPEDANCIA DE FALLA ZF

pág. 26

DIAGRAMA ESQUEMÁTICO

Representación esquemática de un corto circuito bifásico a tierra

Condiciones impuestas por la falla

Condiciones de falla en el dominio de la fase

Ia = 0

Vcg = Vbg

Vbg = ZF (Ib + IC )

Transformando la ecuación al dominio de las secuencias:

Se sabe que IP = AIS entonces:

Ia = I0 + I1+ I2 = 0

También:

VP = AVS

Luego:

2

0 1 2

2

0 1 2

b

c

V V a V aV

V V aV a V

pág. 27

Transformando la ecuación al dominio de las secuencias

2 2

0 1 2 0 1 2V a V aV V aV a V

Simplificando:

2 2

2 1a a V a a V

De donde:

2 1V V

2 2 2

0 1 2 0 1 0 1 2FV a V aV Z I a I I aI a I

Utilizando a identidad a2 – a = -1; V2 = V1 y simplificando se tiene:

0 1 0 1 22FV V Z I I I

I0 = -(I1 + I2)

V0 – V1 = 3ZFI0

Condiciones de falla en el dominio de las secuencias

I0 + I1 + I2 = 0

V2 = V1

V0 – V1 = 3ZFI0

Interconexión de redes de secuencia

.

Redes de secuencia interconectadas

pág. 28

De la figura la corriente de falla de secuencia positiva es:

1

1 2 0 2 0

1

2 0

// 3

3

F F

F F

F

V VI

Z Z Z Z Z Z ZZ

Z Z Z

Usando el divisor de corriente de la Fig. 6

02 1

0 2

3

3F

F

Z ZI I

Z Z Z

20 1

0 23 F

ZI I

Z Z Z

Estas corrientes de falla de secuencia pueden transformarse al dominio de

la fase mediante la ecuación: IP = AIS las componentes de secuencia de los

voltajes de línea a tierra en la falla.

12.- ANTECEDENTES

APLICACIÓN DE DIGSILENT EN LA MINA COBRIZA

DESCRIPCIÓN DE LA MINA

Cobriza es la unidad minera de Doe Run Perú desde el 1ro de setiembre de

1998. Esta unidad, considerada una de las minas subterráneas más

mecanizadas del país, provee el 30 % del concentrado de cobre que procesa el

Complejo metalúrgico de La Oroya.

Los logros más importantes en la gestión de la Mina cobriza se han dado en los

aspectos de medio ambiente y en seguridad.

Adicionalmente, Cobriza dispone de un equipo de rescate minero cuyos logros

más importantes, han sido ocupar el 4to puesto a nivel internacional en

Primeros Auxilios, en el Quinto Concurso Internacional de Rescate Minero en

la República Popular China organizado por la Mine Safety and

Health Administración.

pág. 29

UBICACIÓN:

La mina subterránea Cobriza está ubicada en el distrito de San Pedro de Coris,

provincia de Churcampa, región Huancavelica, determinada por las

coordenadas 74 23’ de Longitud Oeste y 12 30’ de Latitud Sur.

Las operaciones minero-metalúrgicas se desarrollan en el flanco Oeste de la

Cordillera Oriental de los Andes, en la margen izquierda del río Mantaro, a una

elevación entre 2100 a 2700 msnm.

La topografía regional y local es agreste y de empinados valles angostos en

forma de V. Es accesible a través de una carretera afirmada de

aproximadamente 250 Km. desde Huancayo. Desde la ciudad de Lima se debe

recorrer alrededor de 505 Km.

Los principales accesos son a través de las carreteras Huancayo-Cobriza y

Ayacucho-Cobriza. El clima de acuerdo a la clasificación de las Regiones

Naturales del Perú (Javier Pulgar Vidal, 1967) figura como zona ecológica

Quechua, marcado por meses lluviosos (octubre a abril) y meses altamente

soleados y secos (mayo a setiembre).

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ANTECEDENTES DE FALLAS

INFORME FINAL DE ANALISIS DE FALLA

BARRA 220 kV SET COBRIZA I

EVENTO: N° 022 - Interrupción en la SET Cobriza I (230/69/10kV).

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FECHA: 12.10.2006.

HORA DE INICIO: 16:36 horas.

PROPIETARIO: Electro andes.

POTENCIAS INTERRUMPIDAS:

Item Propietario SET Potencia

(MW)

1 Electrocentro Pampas 0.354

2 Electrocentro Huanta 0.7040

3 Electrocentro Machahuay 0.077

4 Electrocentro Cangallo 0.706

5 Electrocentro Ayacucho 5.259

6 Electrocentro Llusita 0.701

7 Electrocentro Quicapata 0.208

CAUSA DE LA PERTURBACIÓN

Actuación de la protección del Transformador de la SET Cobriza I, lado 220 kV.

Desconocemos el motivo o evento que ocasionó la salida del servicio, debido a

que dicho transformador es de propiedad de Electro andes.

CONDICIONES OPERATIVAS PREVIAS:

Lluvias y descargas atmosféricas cercanas a la zona

DESCRIPCIÓN DEL EVENTO:

Salida del Servicio la SET Cobriza por actuación de la protección del

transformador 50 MVA, aperturándose el interruptor de 220 kV por actuación de

protecciones de sobre corriente de barra 69 kV según informa Electro andes,

dejando sin servicio las líneas L-6066 hacia Pampas y la L-6602 hacia Cobriza

II.

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Se realiza las coordinaciones con Electroandes, solicitando la energización de

la línea. A las 16:43 Electroandes, energiza la línea L-6061 y a las 16:54

energiza la línea L-6066. Se procede a tomar carga, restaurándose el servicio

en forma normal en Pampas.

ANALISIS DEL EVENTO:

Demanda de la SET Pampas a las 16:36 horas, aproximadamente 510 KVA

(alrededor de 4.2 amperes). Las corrientes pre-falla registrados por los relés

P122 y P144 de Pampas tienen los mismos valores, coherentes para la carga

de 510kVA (promedio de 4.1 amperes).

Las corrientes de falla también son iguales y corresponden a un mismo

transitorio (sobre corriente trifásica a tierra de 112 amperes), con una duración

de apenas 65 milisegundos.

Las corrientes de pre-falla registrado en el relé P122 de Cobriza I (Línea a

Pampas), tiene valores superiores a los 170 amperes, completamente

diferentes e incoherentes con las carga de Pampas. Estos 170 amperes son un

equivalente a una carga aproximada de 20 MVA, bastante parecida a la carga

de la línea Cobriza I y Cobriza II. Las corrientes de falla en 69kV no coinciden

entre la SET Pampas y Cobriza I. En Pampas se tiene alrededor de 350

amperes y en Cobriza I alrededor de 1002 amperes. Conforme al registro de

eventos de nuestro relé GE UR T60 del transformador de potencia de la SET

Huanta (lado 69kV), se aprecia la evidencia de una bifásica a tierra en las fases

S y T; en la línea Cobriza I – Cobriza II. Ver contribución de corriente de falla en

la simulación del Anexo No. 02.

La oscilo grafía de Cobriza I (del relé MicomP122 que protege la barra 69kV),

que aparentemente representa una falla bifásica ST a tierra, tiene una duración

de 102 milisegundos. Y conforme a lo indicado y los registros de nuestros relés

en Pampas y Huanta, la falla ocurrió definitivamente en la línea Cobriza I a

Cobriza II (L-6602) de propiedad de Electroandes.

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Respecto a dudas de una no posible actuación de las protecciones de

Electrocentro, se adjunta los ajustes actuales las mismas que están

implementadas en relés digitales de protección de última generación.

CONSECUENCIAS:

Clientes afectados: 64,508

Potencia Afectada: 8.05 MW.

Conforme a las oscilo grafías del relé MicomP122 que protege la barra 69kV de

Cobriza I y eventos registrados por el relé GE T60 de Huanta, se evidencia la

presencia de una falla en la línea L-6602 Cobriza I – Cobriza II de propiedad de

Electroandes, que no fue eliminada por sus respectivas protecciones.

Conforme a lo vertido en el análisis del evento, se concluye que no hubo falla

alguna en las instalaciones AT o MT de Electrocentro, sino en la línea de

propiedad de Electroandes.

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Simulación de falla bifásica a tierra en la línea 69kV Cobriza I –

Cobriza II

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INFORME FINAL DE ANÁLISIS DE FALLA

LÍNEA L-6066 66 kV COBRIZA I – PAMPAS Y L-6061 COBRIZA II – AYACUCHO

EVENTO : N° 02 - Interrupción en la línea L-6066 Cobriza I - Pampas.

FECHA : 01.02.2008.

HORA DE INICIO : 10:17 horas.

PROPIETARIO : Electrocentro.

POTENCIAS INTERRUMPIDAS:

Item Propietario SET Potencia (MW)

1 Electrocentro Pampas 0.28

2 Electrocentro CH. San Balvin 0.09

3 Electrocentro Machahuay 0.10

4 Electrocentro Huanta 0.72

5 Electrocentro Ayacucho 5.68

6 Electrocentro Cangallo 0.37

7 Electrocentro Llusita 1.01

8 Electrocentro Quicapata 0.2

CAUSA DE LA PERTURBACIÓN:

Interrupción es ocasionado por caída de árbol (por tala) sobre conductores de las

fases R y S de la línea en 66 Kv (L-6066 Cobriza I – Pampas) en la localidad de

Jabonillo, la misma que ocasiona rotura del conductor de la fase R, entre las

estructuras 21 y 22 a 7.8Km de Cobriza I, ocasionando un cortocircuito bifásico R y

S a tierra en dicho tramo.

DESCRIPCIÓN DEL EVENTO:

A las 10:17 horas desconectó la línea L-6066 66 kV, por actuación del relé de

distancia, falla bifásica RS a tierra a 1.57Km de SET Cobriza I.

Se solicita a EAN una maniobra de reposición del servicio con resultado negativo,

señalizando el relé de distancia una falla bifásica RS a tierra en 8.16Km. Debido a

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que al minuto de estar energizado la línea realizamos una maniobra de energización

de SET Pampas y sale de servicio la línea L-6066 por apertura del interruptor Q69

señalizando la falla indicada.

Dado que la salida del servicio de la línea se produjo en circunstancias que se

realizaba la maniobra de reposición del servicio de la SET Pampas, solicitamos a

EAN realizar una maniobra de cierre de la línea L-6066 Cobriza I – Pampas en

vacío. La misma que no se concretó, debido a que en momentos que el Operador

de Cobriza I se disponía a realizar el cierre del interruptor Q69 de línea L-6066, se

produce la salida del servicio de la línea L-6602 Cobriza I – Cobriza II (EAN) por

sobrecorriente monofásica a tierra, dejando sin servicio la línea L-6061 Cobriza II -

Ayacucho.

CONDICIONES OPERATIVAS PREVIAS:

Neblina en el tramo Cobriza I – Pampas y Cobriza I – Cobriza II.

Línea L-6066 (Cobriza I - Pampas) con flujo de 0.28MW.

Línea 6061 Cobriza II – Ayacucho con flujo de 6.90MW.

SECUENCIA CRONOLÓGICA DE EVENTOS:

10:17 horas Disparo de interruptor de la línea L-6066 66 kV SET Cobriza I(ELC).

10:28 horas Cierre de interruptor de la línea L-6066 66 kV SET Cobriza I (ELC).

10:29 horas Cierre de interruptor 69kV de SET Pampas (ELC).

Disparo de interruptor de la línea L-6066 SET Cobriza I (ELC).

11:04 horas Cuando el Operador de SET Cobriza I se disponía para realizar una

maniobra en la línea L-6066 (ELC). Se produce el disparo del interruptor 0171 de la

línea L-6602 de SET Cobriza I – Cobriza II (EAN) por 50N/51N.

11:08 horas Cierre de interruptor 0171 de línea L-6602 Cobriza I – Cobriza II (EAN).

11:09 horas Se procede a tomar carga en la línea L-6061 Cobriza II - Ayacucho.

18:13 horas Cierre del interruptor Q69 de la línea L-6066 Cobriza I - Pampas.

18:14 horas Cierre del interruptor 69kV de SET Pampas y toma de carga.

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ACTUACIÓN DE LOS SISTEMAS DE PROTECCIÓN

SET Cobriza I:

De Electrocentro:

Actuación del relé de distancia ALSTHOM P422, zona 1 a 1.57 y 8.16 km

señalizando falla bifásica R y S a tierra, protección de línea L-6066 Cobriza I –

Pampas (ELC).

De Electroandes:

Apertura del Interruptor de línea L-6602 Cobriza I – Cobriza II en SET Cobriza I

(propiedad de EAN) por sobrecorriente a tierra.

SET Pampas:

Ninguno.

SET Cobriza II

Ninguno.

ANÁLISIS DEL EVENTO:

La salida del servicio de la línea L-6066 Cobriza I – Pampas a las 10:17 horas, fue

por una falla bifásica RS a tierra a 7.8Km de Cobriza I (marcando el relé de distancia

Alsthom P441 a una falla a 8.16Km).

A las 10:28 Electrocentro solicitó una primera maniobra de cierre del interruptor Q69

de L-6066, que fue ejecutado por EAN con resultado negativo, actuando

correctamente nuestro relé de distancia P441 señalizando la falla bifásica a tierra.

A las 11:04 Electrocentro solicita a EAN una maniobra de cierre de nuestro

interruptor Q69 (L-6066), la misma que no fue realizada como lo demuestra el

contador de maniobras (donde se observa que antes del evento se encontraba en

149 y superado la falla queda en 151). Asimismo, nuestro relé de protecciones de

la línea L-6066 solamente tiene registrado los 02 eventos. Es decir la primera

maniobra 150 es al momento del cierre a las 10:28 horas, y la siguiente N° 151 al

momento de restaurar el servicio eléctrico a las 18:14 horas.

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EAN indica en su informe preliminar, que al momento de realizar la maniobra de

cierre de nuestro interruptor Q69, éste no se cierra, sino se produce la apertura del

interruptor 0171 de la línea L-6602 Cobriza I – Pampas, señalizando el relé de

sobrecorriente de EAN falla monofásica a tierra.

Por tanto, conforme lo demuestra el contador de maniobras del interruptor Q69 de

la línea L-6066, EAN no realizó la maniobra de cierre de dicho interruptor que fuera

solicitado a las 11:04. (Es decir, no hizo la segunda maniobra solicitada), sino

solamente la de reposición a las 18:14 horas.

Por tanto, la salida del servicio de la línea L-6602 Cobriza I – Cobriza II de EAN, se

debió a otra causa (probablemente a un transitorio de origen atmosférico), que

ocasionó la actuación de su relé de protección de sobrecorriente a tierra.

Se hizo simulaciones de falla a tierra en la línea L-6066 Cobriza I – Pampas, donde

se observa que el aporte de corriente homopolar del sistema Ayacucho a Cobriza I

no supera los 45 Amperes, y los ajustes del relé de sobrecorriente a tierra de EAN

para la línea L-6602 es de 150 Amperes, por tanto, la única posibilidad de que actué

este relé es por falla en la línea L-6602, por el aporte de corriente homopolar muy

alto de la SET Cobriza I ante una falla en dicha línea.

CONSECUENCIAS:

Clientes afectados: 8336 de Pampas, 58,122 de sistema Ayacucho.

Potencia Afectada: 8.45 MW.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES:

La salida del servicio de la línea L-6066 Cobriza I – Pampas a las 10:17 horas, fue

por una falla bifásica RS a tierra a 7.8Km de Cobriza I (marcando el relé de distancia

Alsthom P441 a una falla a 8.16Km).

La salida del servicio de la línea L-6602 Cobriza I – Cobriza II de EAN a las 11:04

horas, fue por otra causa totalmente ajeno a la falla en la línea L-6066.

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VII. HIPÓTESIS

7.1. HIPOTESIS GENERAL

Reducción de fallas mediante el cálculo de cortocircuito para

determinar los elementos de protección.

7.2. HIPOTESIS ESPECIFICOS

La corriente en el punto de falla

La potencia de cortocircuito en el punto de falla

La distribución de Corrientes post-falla en todas las líneas Del SEP

Las tensiones post-falla en todas las barras

VIII. METODOLOGÍA

8.1. TIPO DE INVESTIGACIÓN

Por el fin que se persigue: Explicativa

Por el diseño de investigación: Correlacionar

8.2. MÉTODOS A UTILIZARSE

Método aplicativo experimental.

IX. TECNICAS DE INVESTIGACION

Para la optimizar las corridas experimentales se emplearan Software:

DIGSILENT, Exel.

X. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

www.google.com.pe/?gfe_rd=cr&ei=zZ_FU5z1G5WEqQWoh4HIDQ&gws_rd=ssl#q=electrocentro.

www.inele.ufro.cl/...de.../7_CALCULO_DE_FALLAS.pdf