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ANALISIS DE SISTEMAS DEPOTENCIA II

FALLAS SERIE

CURSO: ANALISIS DE SISTEMAS DE POTENCIA IIDOCENTE: ING. HOLGER MEZAALUMNO: TORREBLANCA LAZO MARCO PAOLOCUI: 20095980

12 DE FEBRERO DE 2014

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN

AGUSTINESCUELA PROFESIONAL DE

INGENIERIA ELECTRICA


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ANALISIS DE SISTEMAS DE POTENCIA II

1. INTRODUCCIN

Las fallas de conductor abierto o las fases abiertas, son los defectosproducidos por la interrupcin de una o ms fases, sin contacto simultneocon otras fases o tierra. Aunque no producen corrientes elevadas, provocanla circulacin de corrientes de secuencia (en especial negativa) que sonpeligrosas para los equipos por el fuerte calentamiento que pueden originar.A primera vista, el clculo empleando componentes simtricos se vecomplicado por el hecho de que las fallas implican una asimetra en lasimpedancias del sistema, lo que hara necesario considerar los acoplamientosentre mallas de secuencia.El problema se resuelve aplicando a las mallas de secuencia, supuestasindependientes y sin impedancias mutuas, las condiciones elctricasimpuestas por la falla. Como las condiciones impuestas a las tres mallas estnrelacionadas entre s, ello equivale a interconectar las mallas en el punto de

falla, en una forma fijada por el tipo de falla.El fenmeno que sigue a la aparicin de la falla es transiente, donde lascorrientes mximas se producen en el instante inicial. Normalmente interesadeterminar lo que ocurre al cabo de algunos ciclos de iniciada la falla(operacin de las protecciones, apertura de interruptores, etc.), por lo que ensecuencia positiva, los generadores se representan por la fem E' y lareactancia transitoria X1 . Slo cuando interesa verificar los esfuerzoselectrodinmicos de los equipos o al especificar interruptores, se considera E''tras X1. Una dificultad preliminar en el estudio de este tipo de fallas ser entonces lade calcular las fem E' (o E"), a partir de las condiciones de operacin existentesantes de la falla.Dada la simetra longitudinal de estas fallas, se acostumbra usar comovariables de clculo, las cadas longitudinales de tensin Va , Vb y Vcentre los bornes P y Q de la zona en falla y las corrientes en las fases: Ia , Ib eIc tal como se indica en la Figura 5.36.


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Para evitar la aparicin de razones de transformacin no reales (a, a2, etc.)en las ecuaciones de conexin, es preciso mantener en el anlisis una simetrarespecto a la fase de referencia a, por lo que la falla monofsica se suponeen la fase a y la bifsica en las fases b y c.

2. PROBABILIDAD DE FALLA EN ELEMENTOS Y CONSIDERACIONES

CONSIDERACIONES

Las condiciones anormales originan cambios en las magnitudes devoltaje, corriente y frecuencia, respecto a los valores permisibles.

Los circuitos encierran un considerable aumento en la corriente al igualque una gran cada en la tensin.

Las altas corrientes se asocian con dos problemas:

- Esfuerzos dinmicos producidos por las fuerzas magnticas.- Sobrecalentamiento producido por la disipacin de energa.

Las cadas de voltaje, afectan la operacin en paralelo tanto de losgeneradores como del sistema completo.


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3. CAUSAS DE LAS FALLAS

4. FORMAS DE FALLAS

SERIE

-Trifsica-Bifsica.

-Monofsico.

DERIVACIN

-Fase Fase: Trifsica y bifsica.-Fase Tierra: Trifsica, bifsica y monofsica.

5. UNA FASE ABIERTA

Esta situacin se presenta, por ejemplo, cuando se emplean elementos deapertura que controlan individualmente cada una de las fases (fusibles ointerruptores de accionamiento mono polar). A veces ocurre tambin alcortarse un conductor y quedar suspendido de tal forma de no hacercontacto con otra fase o tierra.


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Diagrama esquemtico: La Figura 5.37 muestra esta situacin

I. Condiciones impuestas por la falla: A partir de la Figura 5.37, se puedeescribir:

II. Ecuaciones en componentes de secuencia: Las componentes simtricasde las corrientes y de las cadas de voltajes quedan:


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III. Conexin de las mallas: A partir de (5.78), se puede concluir que las mallasde secuencia quedan conectadas en paralelo entre los puntos P y Q, talcomo se indica en la Figura 5.38.

Puesto que las mallas de secuencia negativa y cero son pasivas, su efectoes el de intercalar una impedancia:

entre los bornes P y Q de la malla de secuencia positiva. Por lo tanto,aumenta la impedancia serie de la malla de secuencia positiva, lo quesignifica que se reduce la corriente y en consecuencia, la potencia activatransmitida. En algunos casos particulares y, debido a las conexiones de lostransformadores vecinos a P y Q, puede resultar que Z0pq= , en cuyo casoaumenta an mas la impedancia serie agregada a la malla de secuenciapositiva, haciendo que la disminucin de potencia transmitida sea mayor.Es conveniente indicar que Z0pq y Z2pq son las impedancias equivalentesvistas en esas mallas, desde los bornes P y Q.


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Ejemplo una fase abierta

En el sistema de la Figura 5.39, se abre la fase a en la barra 3 cuando el motorM est recibiendo el 80% de su potencia nominal, con su tensin nominal enbornes, Factor de Potencia 0,8 inductivo. Calcular la potencia recibida por elmotor (kVA) y las corrientes en los neutros de los transformadores en estascondiciones. Datos en % en base comn 1.250 kVA.

a) Condiciones de prefalla: El circuito equivalente por fase se muestra en laFigura 5.40

Del Circuito de la Figura 5.14 se tiene:


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b) Condiciones de falla: Como se abre una sola fase las mallas de secuenciaquedan en paralelo y se muestran en la Figura 5.41. A partir de este circuitose tiene:


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c) Potencia que llega al motor en estas condiciones

d) Corrientes en los neutros de los transformadores en Amperes


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6 DOS FASES ABIERTAS

Esta situacin se presenta en los mismos casos que una fase abierta, pero conuna frecuencia menor.

I. Diagrama esquemtico: La Figura 5.42 muestra esta situacin

II. Condiciones impuestas por la falla: A partir de la Figura 5.42, se puedeescribir:

III. Ecuaciones en componentes de secuencia: Las componentessimtricas de las corrientes y de las cadas de voltajes quedan:


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IV. Conexin de las mallas: A partir de (5.81), se concluye que las mallas desecuencia quedan conectadas en serie tal como se indica en la Figura5.43.

De acuerdo con el circuito de la Figura 5.43, este tipo de falla equivalea intercalar una impedancia:

entre estos bornes P1 y Q1 de la malla de secuencia positiva. Con ellose reduce la potencia activa transmitida en el sistema, en una cantidadmayor que para el caso de una fase abierta, ya que la impedancia esms alta. Ntese que la transmisin se interrumpe totalmente si Z0pq= ,es decir, si el sistema no est puesto a tierra.

7. IMPEDANCIAS SERIE DESEQUILIBRADAS

Un efecto similar, aunque menos grave que el de una o dos fases abiertas,produce la conexin de una impedancia anormal en una de las fases. Es unasituacin que se presenta, por ejemplo, en el caso de reemplazartemporalmente una unidad monofsica defectuosa en un banco detransformadores, por otra de caractersticas diferentes, donde dos de las fases


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tendrn el mismo valor en su impedancia serie, el que ser distinto al de latercera. Otra situacin de inters prctico se presenta cuando, debido a uncortocircuito monofsico a tierra en una lnea trifsica, se desconecta la fasefallada por accin de los interruptores (monopolares) que protegen el tramo,que corresponde al caso de una fase abierta en dos puntos.

I. Diagrama esquemtico: La Figura 5.44 muestra esta situacin

II. Condiciones impuestas por la falla: A partir de la Figura 5.44, se puedeescribir:

III. Ecuaciones en componentes de secuencia: Las componentessimtricas de las corrientes y de las cadas de voltajes quedan:


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IV. Conexin de las mallas: Considerando las ecuaciones (5.84), las mallasde secuencia quedan conectadas en paralelo, tal como se indica enla Figura 5.45.

Figura 5.45.- Conexin de las mallas de secuencia cuando se tieneimpedancias serie desequilibradaPara la transferencia de potencia activa, la conexin de las mallas desecuencia en esta forma, equivale a intercalar en la malla de secuenciapositiva, la combinacin de impedancias ZB en serie con el paralelo de1/3(ZA - ZB) con (Z2pq + ZB) y con (Z0pq + ZB).

Si ZA= y ZB=0, se tiene el caso de una fase abierta en un punto. Si ZA=0 y ZB=, se obtiene el caso de dos fases abiertas, pero para

llegar a las relaciones ya vistas hay que calcular primero elequivalente de las impedancias en paralelo, antes de hacertender ZB a .

Si ZA= y ZB corresponde a las respectivas impedancias desecuencia del tramo, se tiene el caso deuna fase abierta en dospuntos.

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