Introducción Al Análisis de Falla

8/18/2019 Introducción Al Análisis de Falla

1/52


2/52

Generación

3-36 kV

Subestación detransformación

Subestación dedistribución

Cliente industrial

Clienteresidencial

220 V

Red de distribución demedia tensión

3-30 kV

30-138 kV

Transmisión

138-500 kV

Transformadorelevadora

SISTEMA ELÉCTRICO DE POTENCIA (SEP)

El SEP es diseñados para satisfacer la demanda de los usuarios.Para asegurar el máximo retorno de las grandes inversiones y para mantener satisfecho al usuario con un servicio

confiable, el total de los equipos deberán ser mantenidos en perfecto estado de operación. Esto se puede conseguir dedos formas:

• Buen diseño y adecuado mantenimiento de cada componente para prevenir fallas que podrían

destruir las componentes.• Controlar las fallas para minimizar los defectos destructivos.


3/52

500 kV

220 kV138 kV

3

CENTRONORTE

SUR OESTE

SUR ESTE

Trujillo Chimbote

Carabayllo

Paramonga

Chilca

Conococha

Kiman Ayllu

Mantaro

(Campo Armiño) Cotaruse

Socabaya Moquegua

Puno

Santuario

Callalli

Tintaya

Poroma

Ocoña

NORTE

Montalvo

La Niña

Sistema eléctrico del Perú (agosto

2014)

330 km 138 km 376 km

89,8 km 356,2 km 271 km

255,9 km

296,26 km 321,35 km

221,17 km

174,91 km

196,4 km

20,7 km

201,4 km 89,2 km

90,4 km

1816,9 km


4/52

4

El sistema de potencia que se encuentran operando en condiciones

de estado estacionario están sujetas a perturbaciones (fallas)producidas por diversas causas.

Estas perturbaciones originan cambios en las magnitudes de la

corriente y la tensión en todo el SEP.


5/52

• Descarga atmosféricas

• Lluvia• Nieve o Granizo

• Hielo excesivo

• Calor

5

Condiciones climáticas:


6/52

• Contaminación

• Corrosión

• Incendio• Caída de arboles sobre las líneas

• Choque de materiales arrastrados por el viento

• Inundación

• Movimiento telúrico

Medio ambiente:

6


7/52

• Aves

• Roedores

Animales:

• Actos de vandalismo

• Choques de vehículos sobre postes

Terceros:

7


8/52

• Error de operación

• Sobrecargas

• Instalación/construcción deficientes• Falsa operación del sistema de protección

• Equipo/diseño inadecuado

• Envejecimiento

• Mal funcionamiento

Propias de la red:

Defecto de fabricación de los equipos8


9/52

• Monofásica a tierra

• Bifásico a tierra

• Bifásico o entre líneas

• Trifásico o entre líneas

• Trifásico o trifásico a tierra

Fallas transversales:

9


10/52

Fallas series:

• Apertura de una fase

• Apertura de dos fases

• Impedancias de fases diferentes

• Monofásica aislada

10


11/52

• Una fase abierta y las otras cortocircuitadas

• Una fase abierta y la otra fase a tierra

• Una fase abierta y las otras dos en cortocircuito

Fallas múltiples:

Fallas simultáneas:

• Fallas múltiples en diferentes lugares

11


12/52

Trifásica

R

ST

Tierra

Bifásica a tierra

R

ST

Tierra

Bifásica fase - fase

R

ST

Tierra

Monofásica a tierra

RS

TTierra

Trifásica a tierra

RS

TTierra

Apertura de una fase

RS

TTierra

Fallas monofásicas simultáneas

R

S

TTierra

R

S

TTierra

12


13/52

13

Rotura del aislador

Año 2008


14/52

14

Buje del transformador

Gallinazo muerto sobre el radiador

Año 2008


15/52

15

Caída de conductor


16/52

16

Acercamiento de Grúa a losconductores


17/52

17

Tala de árboles porterceros


18/52

18

03/03/2010L-2211 (Ica – Marcona) de 220 kV

Choque de materiales arrastrados por el viento


19/52

19

Incendio de un transformador Oroya

Nueva 220/50 kV


20/52

20Incendio


21/52

Función Cosenoidal

2π =

period

mY

( )ty

ϕ− tω

t

ω

ϕ−π2

ω

ϕ−

ϕ−π2

mY−

21

)cos()( ϕ += t Y t y m


22/52

Eje Real

Eje Imaginario

Y

r

ϕ

jbaY +=r

a

b

22

)Im()Re(

Y bY ar

r

==

Número complejo


23/52

( ) [ ]t j

j jm

eY t y

YeeY

Y

comoY

ω

ϕ ϕ

r

r

r

Re2

:Luego2

:fasorelDefinimos

=

==

23

Representación del fasor


24/52

)t(ydermsValor:

2

YYDonde

sin jYcosYY

YYeY

m

j

=

ϕ+ϕ=

ϕ∠== ϕ

r

r

24



25/52

( )

ϕ+θ=∠

∠

== ϕ+θϕ+θ

A

:TantoloPor

A"faserdelAngulo"SignificaA

/ AAeA )( j

r

r

r

25

Notación del fasor


26/52

Eje Real

Eje Imaginario

ϕ ∠=Y Y r

ϕ sinY

ϕ cosY

ϕ

26



27/52

2

A*AA

)( / AB*BA

)( / ABBA

:ciónMultiplica

/ BB / AA

:Dado

=

β−α=

β+α=

β=α=

rr

rr

rr

r

r

27

Operaciones con fasores


28/52

n

j

nn

jnnn jn

)( j

eAA

eA)Ae()A(:ciónExponencia

)( / BAe

BA

B

A :División

α

αα

β−α

⋅=

==

β−α==

28

Operaciones con fasores


29/52

V

I

I

V Z

( )

REACTANCIAX

ARESISTENCIR

sin jZcosZ jXRZ

Z / I

V

I

V

I

VZ IV

I

V

=

=

ϕ+ϕ=+=

ϕ∠=θ−θ=θ∠

θ∠== r

r

r

ϕ

IMPEDANCIA

29

Fasores de circuitos lineales


30/52

I

+ V -

R

Resistencia Inductancia Capacitancia

I

+ V -

L

I

+ V -

C

V

I

I

V

I

V

ϕ = 0° ϕ = 90° ϕ = - 90°

30

Impedancia de los elementos lineales


31/52

I

V

VL

VC

VR

R L C

VR

I

VC

VR

VL

VC

V

ϕ

Diagrama fasorial de un circuito serie RLC


32/52

V

IR

IICI

L

IC

I

R L CIR IL IC

IR

V

ϕ

32

Diagrama fasorial de un circuito paralelo RLC


33/52

R

X

r

-r

r-r

Area

r Z ≤||r

22 || X R Z Z jX R Z

+==+=

r

r

33

R

X

Z

Representación de la Impedancia en el Plano Complejo


34/52

Carga

saliente

Carga

Entrante

Máxima

Carga

X

R

34

Ejemplo de región de Impedancia


35/52

)cos(2

)cos(2

ϕ ω

ω

−⋅⋅=

⋅⋅=

t I i

t V v

Z

i

v

35

)cos()cos(2 ϕ −=⋅= t t VI iv p

)2cos()cos( ϕ ϕ −+= t VI VI p

)2sin()sin()2cos()cos()cos( t VI t VI VI p ϕ ϕ ϕ ++=

Potencia Instantánea


36/52

( )ϕ ϕ −+= t ωVI VI p 2coscos

p = vi

iv

P

)cos(VIdtpT

1P

T

0omedioPr

ϕ=⋅=

∫ 36

Potencia Instantánea


37/52

I

+ V -

Resistencia

R

ϕ = 0°

I

+ V -

L

Inductancia

ϕ = 90°

I

+ V -

C

Capacitancia

ϕ = -90°

t VI VI p 2cos+= t VI p ω 2sin= t VI p 2sin−=

Promedio = VI = I 2 R

Promedio = 0 Promedio = 0

37

Potencia promedio de los elementos


38/52

=

=

→→→→→

IVReIVReP

**

−=

=

→→→→

IVImIVImQ **

jQPIVS *

+==

rrr

I

V

Z

38

Potencia Compleja


39/52

39

Comportamiento de la corriente decortocircuito de un Generador Síncrono:


40/52

40

X''d

X'd

XdXd(t)

Comportamiento de la corriente decortocircuito de un Generador Síncrono:


41/52

0.49990.37990.26000.14000.0200-0.1000 [s]

40.00

20.00

0.00

-20.00

-40.00

GS1: Phase Current A in kA

GS1: Phase Current B in kA

GS1: Phase Current C in kA

0.021 s39.709 kA

0.029 s 1.241 kA

0.483 s-9.609 kA

0.475 s14.543 kA

D I g S I L E N T

Falla trifásica en bornes

de generador:

N

R

Generador Transformador Línea

R

41


42/52

Falla trifásica: N

R


R

Line1:m:I:bus1:A A Line1:m:I:bus1:B B Line1:m:I:bus1:C C

t/s-0.02 -0.01 0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08

I/kA

-1.0

0.0

1.0

Line1:m:u:bus1:B B Line1:m:u:bus1:A A Line1:m:u:bus1:C C

t/s-0.02 -0.01 0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08

p.u.

-1.0

-0.5

0.0

0.5

42


43/52

Ia

Ib

Ic

Va

Vb

Vc

Fasores previa a la falla Fasores durante la falla

Ib

Ic

Ia

Va

Vb Vc

Falla trifásica:

43


44/52

Falla monofásica a tierra:


t/s-0.025 -0.000 0.025 0.050 0.075 0.100 0.125 0.150

I/kA

-1.0

-0.5

0.0

0.5


t/s-0.025 -0.000 0.025 0.050 0.075 0.100 0.125 0.150

p.u.

-1.0

0.0

1.0

N

R


R

44


45/52

Ia

Ib

Ic

Va

Vb

Vc

Fasores previa a la falla Fasores durante la falla

Ib

Ic Ia

Va

Vb Vc

Falla monofásica a tierra:

45


46/52

Falla bifásica aislada:


t/s-0.03 -0.02 -0.01 0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10

I/kA

-1.0

0.0

1.0


t/s-0.03 -0.02 -0.01 0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10

p.u.

-1.0

0.0

1.0

N

R


R

46


47/52

Falla bifásica a tierra: N

R


R


t/s-0.03 -0.02 -0.01 0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10 0.11

I/kA

-1.0

0.0

1.0

IE*

t/s-0.03 -0.02 -0.01 0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10 0.11

IE*/kA

-1.0

-0.5

0.0

0.5


t/s-0.03 -0.02 -0.01 0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10 0.11

p.u.

-1.0

-0.5

0.0

0.5

1.0

47


48/52

Una fase abierta: N

R


R


t/s0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 0.18 0.20 0.22 0.24

I/A

-300

-200

-100

0

100

200

300


t/s0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 0.18 0.20 0.22 0.24

p.u.

-1.0

0.0

1.0

48


49/52

49

S.E. A S.E. B

R

S

T

R

S

T

Secuencia de evento para una fallamonofásica en una línea de transmisión:

Falla monofásica

El sistema de protección:• Detecta la falla (arranca)• Detecta la dirección (hacia delate o hacia atrás)

• Selecciona la fase fallada

•Detecta la ubicación (Z1, Z2, …)


50/52

50

S.E. A S.E. B

R

S

T

R

S

T


Desconexión monofásicaSe espera un tiempo ajustable para extinguir el arco

eléctrico secundario


51/52

51

S.E. A S.E. B

R

S

T

R

S

T

“Recierre exitoso”

(Si la falla no es permanente y el arco eléctrico secundario se extingue)



52/52

t/s-0.4 -0.2 -0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4

iL1/ A

-1.0

0.0

t/s-0.4 -0.2 -0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4

iL2/ A

-1.0

0.0

1.0

t/s-0.4 -0.2 -0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4

iL3/ A

-5.0

-2.5

0.0

2.5

t/s-0.4 -0.2 -0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4

iE/ A

-3

-2

-1

0

1

2

t/s-0.4 -0.2 -0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4

uL1/ V

-50

0

50

t/s-0.4 -0.2 -0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4

uL2/ V

-50

0

50

t/s-0.4 -0.2 -0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4

uL3/ V

-50

0

50

t/s-0.4 -0.2 -0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4

YN2/ V

-50

0

50

Recierre monofásico en la L-1005 ocurrido el 21.04.2014, registro S.E.Tintaya.

52

Introducción Al Análisis de Falla

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