Fallas electricas

V 5.1

FALLAS EN SISTEMAS DE POTENCIA. FALLAS SIMETRICAS Y ASIMETRICAS. Una falla es un cambio brusco en la topología de un sistema eléctrico de potencia, que se produce como consecuencia de un disturbio. Las fallas ocurren de manera no deseada y casi siempre producen efectos perjudiciales para el suministro de electricidad a los consumidores y algunas veces causan daños a los equipos delsistema. Por ejemplo, (Fig. 5.1) un rayo irrumpe cerca de la cadena de aisladores de una línea de transmisión, ioniza el aire circundante, produciendo un fenómeno llamado “contorneo” de los aisladores, de tal modo que el aire ionizado (eléctricamente conductor) establece (por un periodo corto de tiempo) un cortocircuito entre el conductor y tierra. Otro ejemplo: un árbol (Fig. 5.2) cercano a una líneade alta tensión crece de tal manera que en un determinado momento el campo eléctrico del conductor irrumpe el aire creando un cortocircuito entre esta fase de la línea y el árbol, estableciéndose un camino hacia tierra. Muchas veces un cortocircuito se produce por acción de animales, como roedores o gatos que tocan simultáneamente dos fases de un equipo (Fig. 5.3) y establecen un cortocircuitoentre dos fases. Algunas veces las fallas se producen por error humano, por ejemplo cuando un operador conecta a tierra por error (Fig. 5.4) las tres fases de una línea en servicio (tensionada) en lugar de conectar una línea que estaba fuera de servicio por mantenimiento. En todos los casos, una falla produce cambios bruscos que dan lugar a fenómenos perjudiciales que van desde la desconexión delíneas hasta el colapso (black-out o apagón) del sistema de potencia.

o
Fig. 5.1

o

Fig. 5.2

Fig. 5.3

Fig. 5.4

Las figuras 5.1, 5.2 y 5.3 son ejemplos de fallas asimétricas, es decir que el disturbio no se produce en las tres fases del punto de falla, sino solo en uno o dos fases. La figura 5.4 es una falla simétrica, porque se ha producido en las tres fases. Ejemplo 5.1 En elsiguiente sistema de potencia se produce un cortocircuito trifásico en el nodo 2. Calcular la corriente de falla y los aportes del transformador T1 y de la línea L, es decir la corriente que fluye por el cortocircuito y las componentes de esta corriente que vienen provenientes del transformador T1 y de la línea L.

G1 1

T1 2

L1 3

T2

G2 4
Z1

G1: XG1 = j0.1 G2: XG2 = j0.08, produce 8 MW y6 MVAR. XT1 = XT2= XL1= j0.1 Dato: V4= 1.0 p.u. Z1 : 25 MVA, CosΦ = 0.8, 10 kV, impedancia pura, Todas las impedancias están en 100 MVA de base.

Fig. 5.5 Pequeño sistema eléctrico.

SOLUCION Universidad Nacional de Ingeniería
Facultad de Ingenieria Eléctrica y Electrónica

Análisis de Sistemas Eléctricos de Potencia I EE-353 Por Flaviano Chamorro V.

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A)

Calculo delequivalente Thevenin para el nodo 2 I
1 j 0.2 VG1 Zf j 0.1 2 j 0.1 3 j 0.1 4 j 0.2 3.2 j 2.4 VG2

VTH= V2 ; En el nodo 4 la corriente I lleva una potencia S4 =(25-10)/36.87° MVA = 0.12+ j0.09 p.u. S4= V4 I* = 1.0/0.0° I* = 0.12+ j0.09 p.u. I*= 0.12+ j0.09 =0.15/-36.87° V2= V4+j0.2 I=1.0+j0.20*0.15/-36.87° V2= VTH =1.01828/+1.35053° ZC= V2/S* = 1.02/0.25/-36.87° = 3.2+ j 2.4 p.u. B) Calculo de ZTH:Fig. 5.6

Circuito p.u. de una fase

De la figura 5.7 se puede obtener la impedancia equivalente aproximada ZTH visto desde la barra 2, despreciando la impedancia de la carga del nodo 4 por ser muy grande en comparacion con la reactancia del generador.
1 2 j 0.1 j 0.1 3 j 0.1 4 j 0.2 3.2 ZTH j 2.4

ZTH = j 0.3 // j 0.40 = j0.171429 ZTH = j 0.171429

j 0.2

Fig. 5.7

Red muerta.C)

Calculo de la corriente de falla I
2

If = VTH / [ZTH + Zf ] If = 1.01828/+1.35053° / [j 0.171429+0.0] If = 5.93997/-88.649° VTH

ZTH Zf

If

Fig. 5.8

Red Thevenin equivalente.

D)

Desagregado de la corriente de falla: IIZQ +
VG1

Realmente no nos interesa cuanta corriente circula por la falla, sino la corriente que circula por los elementos. Para ello hallamos las...