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UNIVERSIDAD DE CANTABRIA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ENERGÉTICA

MÁQUINAS SÍNCRONAS:
CORTOCIRCUITOS

Miguel Angel Rodríguez Pozueta

UNIVERSIDAD DE CANTABRIA – DPTO. DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ENERGÉTICA CORTOCIRCUITOS EN MÁQUINAS SÍNCRONAS

CORTOCIRCUITOS
1. CORTOCIRCUITO PERMANENTE TRIFÁSICO EN BORNES DEL INDUCIDO Se produce un cortocircuito trifásico en bornes de unamáquina síncrona cuando los tres conductores de fase se ponen simultáneamente en contacto, justo en bornes del inducido de la máquina (Fig. 1). Este cortocircuito es simétrico y, por consiguiente, bastará con analizar lo que sucede en una de las fases. La corriente de cortocircuito que se produce en cada fase del inducido pasará por un período transitorio y, posteriormente, alcanzará un régimenpermanente cuyo valor eficaz se va a denominar Iccp. Luego, en la Fig. 1, Iccp es el valor eficaz de las corrientes ia, ib e ic.

Fig. 1: Cortocircuito trifásico en bornes de una máquina síncrona

Supóngase, de momento, que la máquina síncrona que se va a cortocircuitar es de rotor cilíndrico y que la resistencia R de una de las fases del inducido es despreciable frente a su reactancia síncrona Xs.Se supondrá que las fases del inducido están conectadas en estrella, con lo cual las corrientes con que se trabaja son a la vez de fase y de línea. La suposición de la conexión estrella no quita generalidad al razonamiento puesto que siempre se puede obtener la estrella equivalente a un devanado conectado en triángulo. Por lo tanto, el circuito equivalente de una fase del inducido durante uncortocircuito trifásico permanente es el indicado en la Fig. 2.

Fig. 2: Circuito equivalente de una máquina síncrona durante un cortocircuito trifásico permanente

Recuérdese que existen dos valores de la reactancia síncrona Xs, el valor saturado Xs(sat) y el valor no saturado Xs(no sat). El valor saturado se utiliza en conjunción con la curva de vacío (Fig. 3), mientras que el valor no saturado seutiliza conjuntamente con la recta de entrehierro (Fig. 3). Teniendo esto en cuenta, la aplicación de la ley de Ohm en el circuito equivalente de la Fig. 2 da el siguiente resultado:

-1-

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Fig. 3: Característica de vacío y recta de entrehierro de una máquina síncrona

Iccp =

E0c E0 = X s (no sat ) X s (sat )

(1)

El valor eficaz E0c de la f.e.m. de vacío se obtiene sobre la recta de entrehierro y el valor E0 se obtiene de la característica de vacío (Fig. 3). A partir de ahora utilizaremos sólo la f.e.m. de vacío sobre la característica de vacío E0 y la reactancia síncrona saturada, que pasaremos a denominar simplemente Xs (Xs = Xs(sat)). Si justo antes delcortocircuito el fasor de la tensión en bornes era V y el de la corriente era I , E0 se puede obtener así:
E0 = V + j Xs I (2)

La corriente de cortocircuito está desfasada casi 90º con respecto a la f.e.m. de vacío. Esto significa que esta corriente prácticamente sólo tiene componente según el eje directo o eje longitudinal d, mientras que su componente sobre el eje transversal q es despreciable. Deesto se deduce que las expresiones (1) y (2) siguen siendo válidas para las máquinas de polos salientes, si en dichas expresiones se utilizan las reactancias síncronas longitudinal no saturada Xd(no sat) y longitudinal saturada Xd = Xd(sat), en lugar de las reactancias Xs(no sat) y de Xs = Xs(sat), respectivamente:

Iccp =

E 0c E0  E0  =  (Máquinas de polos salientes) = X d (no sat ) Xd(sat )  Xd   

(3)

La corriente permanente de cortocircuito no es excesivamente grande, incluso puede ser inferior a la corriente nominal. Sin embargo, la corriente transitoria de cortocircuito, de la que se tratará más adelante, sí que alcanza valores elevados y resulta peligrosa para la máquina.

2. CORTOCIRCUITOS PERMANENTES ASIMÉTRICOS EN BORNES DEL INDUCIDO
El estudio de los...