El método aplicado en estos casos es el método de las impedancias.
El procedimiento aplica las etapas siguientes:
Etapa 1ª.- Se determina el punto más alejado, aguas abajo, del aparato de corte que supone la más baja corriente de corto circuito para la cual la protección debe actuar.
Etapa 2ª.- Se determina la configuración aguas arriba de la red que supone una corriente de cortocircuito mínima:
- Determinación de la fuente de tensión configurable con la más baja corriente de cortocircuito: en general, alternador de emergencia, si existe.
- Determinación de la configuración que se considera la longitud de enlace más importante hasta la fuente de alimentación.
Etapa 3ª.- Se determina el tipo de cortocircuito considerado de más bajo valor. En alta tensión, los cortocircuitos monofásicos a tierra son eliminados por las protecciones de máxima corriente de tierra o direccional de tierra. El neutro no es distribuido, lo que implica que el cortocircuito es mínimo para un defecto simple entre dos fases: se trata de un cortocircuito bifásico aislado de tierra (Figura 1).
Figura 1: Cortocircuito bifásico aislado de tierra
Etapa 4ª.- Se determina la longitud del bucle de defecto más importante, es decir, cuando un defecto simple bifásico aparece en el punto más alejado de la zona protegida, por ejemplo el receptor más alejado (figura 2).
Figura 2: Bucle de defecto para un cortocircuito bifásico aislado de tierra
L es la longitud del circuito protegido más importante a partir del interruptor.
Etapa 5ª.- Se realiza el cálculo del cortocircuito
El cortocircuito bifásico aislado de tierra Iccb corresponde a la figura 1. Este es un defecto asimétrico. Es necesario utilizar el método de las componentes simétricas.
Etapa 5ª.- Se realiza el cálculo del cortocircuito
El cortocircuito bifásico aislado de tierra Iccb corresponde a la figura 1. Este es un defecto asimétrico. Es necesario utilizar el método de las componentes simétricas.
Para un defecto entre las fases 2 y 3 se tiene:
Donde:
Iccb : corriente de cortocircuito bifásico
Vn : tensión simple,
Zd : es la suma de la impedancia directa del circuito de longitud L y de la impedancia directa de la red aguas arriba del aparato de corte.
Zi : es la suma de las impedancia inversa del circuito de longitud L y de la impedancia inversa de la red aguas arriba del aparato de corte.
Nota 1: Si la red no es alimentada por un alternador: Zd = Zi, y:
Nota 2: Para cables o líneas, se tiene siempre Zd = Zi
Nota 3: En el caso donde la red es alimentada por un alternador, la corriente de cortocircuito mínima puede ser la del cortocircuito trifásico.
Nota 3: En el caso donde la red es alimentada por un alternador, la corriente de cortocircuito mínima puede ser la del cortocircuito trifásico.
Justificación de la nota 3:
Para la regulación de las protecciones de máxima corriente de fase, particularmente cuando el alternador funciona en isla, la corriente de cortocircuito mínima se calcula por medio de la reactancia transitoria o síncrona Xd y la reactancia inversa Xi del alternador.
En efecto, en este caso tendríamos:
Donde:
Xd : Reactancia síncrona a considerar después del periodo transitorio del alternador.
Xi : Reactancia inversa
Aguas abajo del alternador las resistencias de este son muy pequeñas comparadas con las reactancias.
El valor de Xi es muy próximo a X”d (reactancia subtransitória), siendo esta última muy baja comparada con Xd, se puede, por tanto, despreciar (Xd es 15 a 25 veces superior a X”d).
Se tiene entonces:
Al ser la corriente de cortocircuito trifásica permanente:
Sustituyendo valores tendremos que:
La corriente de cortocircuito trifásica permanente es por tanto inferior a la corriente de cortocircuito bifásica permanente aguas abajo del alternador, como se quería demostrar.
(*) Generalmente no se tiene en cuenta el régimen permanente porque se supone que los dispositivos de protección cortan la corriente durante el régimen transitorio donde la corriente de cortocircuito es mantenida a 3 In. Se regula, por tanto, la protección por debajo de ese nivel.
En caso contrario, se utiliza una protección de máxima corriente con retención de tensión. Efectivamente, supongamos que por razones de selectividad, se desea proteger el alternador con una protección temporizada con un tiempo superior al periodo transitorio. La corriente de cortocircuito vista por la protección al final de la temporización es inferior a la corriente nominal (0,3 a 0,5 In), no es posible entonces utilizar una protección de máxima corriente de fases clásica. Será necesario utilizar, como se ha indicado, una protección de máxima corriente de fase con retención de tensión, llamada también de mínima impedancia.
Recordatorio:
La corriente de cortocircuito aguas abajo de un alternador evoluciona siguiendo los 3 periodos siguientes:
● Subtransitorio (X”d): Interviene durante 10 a 20 ms después del comienzo del cortocircuito.La corriente de cortocircuito aguas abajo de un alternador evoluciona siguiendo los 3 periodos siguientes:
● Transitorio (X’d): Se prolonga hasta los 100 a 400 ms
● Síncrono (Xd): Reactancia permanente o síncrona a considerar después del periodo transitorio.
Protección de máxima corriente de fases con retención de tensión o de mínima impedancia (ANSI 50 V o 51 V)
Esta protección se utiliza para proteger un alternador contra defectos entre fases. Es particularmente interesante si el alternador no posee sistema para mantener corrientes de cortocircuito próximas a 3 In, como se ha venido indicando anteriormente.
Principio:
El umbral de corriente es corregido por la medida de tensión (Figura 3)
Figura 3: Principio de la protección de máxima corriente de fases con retención de tensión
Pongamos por ejemplo el de un alternador con impedancia síncrona Xd = 300 % la corriente de cortocircuito permanente mínima sería:
por lo tanto Icc = 0,33 In.
La impedancia síncrona es muy elevada, las impedancias de los cables y los transformadores aguas abajo del alternador son despreciables, ellas no influyen en el valor de la corriente de cortocircuito permanente. Por las mismas razones, después de un cortocircuito, la tensión medida al nivel del alternador es muy pequeña, es decir inferior a 0,2 Un.
Si se regula el nivel Iso a 1,2 In, después de un cortocircuito aguas abajo del alternador y la caída de tensión a un valor inferior a 0,2 Un, el nivel de corriente toma un valor Is = 0,2 Iso, es decir Is = 0,24 In.
La protección se activa para una corriente de cortocircuito mínima de 0,33 In.
La protección puede ser a tiempo definido o a tiempo inverso
Funcionamiento:
La protección se activa si una, dos o tres de las corrientes de fases alcanzan el nivel de corriente, corregido por la tensión.
El nivel de corriente es corregida por la medida de la tensión de la manera siguiente:
Indicaciones sobre la regulación
El nivel de corriente Iso puede ser regulado a 1,2 In
Iccp > 0,2 Iso
O sea Iccp > 0,24 In
Esta condición se verifica en la medida en que la impedancia síncrona Xd es inferior a 415%, que es el caso general.
La temporización, impuesta por el sistema de selectividad, puede ser superior a la duración del periodo transitorio.
Observación:
La protección de máxima corriente de fases con retención de tensión es tambien denominada protección de mínima impedancia. En efecto, en la figura 3 se observa que la protección se activa para una relación U/I constante, es decir a un umbral que corresponde a una impedancia Zs.
Físicamente, se puede decir que la protección mide la impedancia aguas abajo y, cuando esta es inferior al umbral Zs, la protección se activa. El bajo valor de la impedancia aguas abajo es característico de un cortocircuito o de una fuerte sobrecarga.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS:
Guide des protections des reseaux industriels – Schneider Electric
Calculo de corrientes de cortocircuito; cuaderno técnico 158.- Schneider Electric
Análisis de las redes trifásicas en régimen perturbado con la ayuda de las componentes simétricas; cuaderno técnico 18.- Schneider Electric
El diseño de redes industriales en AT; cuaderno técnico 169.- Schneider Electric
Protección de las máquinas y de las redes industriales de AT; cuaderno técnico 113.- Schneider Electric
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