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• HERNAN ISRAEL VENEGAS TRAVEZ

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CÁLCULO DEL CORTOCIRCUITO 1. OBJETIVOS 1.1. OBJETIVO GENERAL Establecer todo lo relacionado al cálculo del cortocircuito aplicando el método de los MVA´s y los parámetros que forman parte de la aplicación del método a través del software LS, empleando diversos criterios de investigaciones realizadas y basándonos de los resultados obtenidos por investigadores que han plasmado en documentos su información se ha llevado a cabo el presente resumen y sobre todo la adquisición de nuevos conocimientos. 1.1.OBJETIVOS ESPECÍFICOS Mediante esta herramienta es posible plantear y resolver la mayor parte de las situaciones que se pueden dar en las diferentes instalaciones eléctricas. Determinar las ecuaciones que influyen en el cálculo del cortocircuito mediante el método de las potencias. Implementar el software LS para visualizar los parámetros que forman parte del cálculo del cortocircuito. 2. BASE TEÓRICA INTRODUCCIÓN Para proyectar adecuadamente una instalación de potencia eléctrica es absolutamente esencial conocer los niveles de falla previstos por los cálculos en todos los puntos del sistema. La especificación de equipamientos, conductores, barras de distribución, protecciones, etc. depende esto. Esta infamación no solo permite seleccionar adecuadamente la aparamenta, los cables y las protecciones eléctricas sino que además permite realizar las configuraciones y ajustes de estas últimas. Así por ejemplo, para especificar una protección se debe corroborar entre otras cosas, que la máxima corriente que esta protección puede despejar (que es un dato aportado por el fabricante) no sea menor, que la mayor corriente de cortocircuito presunta calculada en el punto de instalación de esta protección. En seguida se puede ajustar el relé de disparo magnético para que la protección sea sensible a la menor corriente de falla prevista calculada en el

punto. De esta forma para poder realizar un adecuado estudio de protecciones eléctricas, es indispensable que previamente se haya realizado un prolijo estudio de los niveles de cortocircuitos en todos los puntos relevantes del sistema. MÉTODOS DE SOLUCIÓN Existen diferentes tipos de solución para el análisis de fallas (estudio de corto circuito), entre los cuales se destacan el método de las componentes simétricas que es un método exacto, pero que comúnmente se confunde con el método denominado por unidad. A continuación se describe una lista de los métodos más conocidos. 

Método de las componentes simétricas (método exacto).



Método porcentual (método por unidad).



Método de MVA’s (método de las potencias).



Método de la matriz Zbus (método exacto).



Método por software.

MÉTODO POR MVA’S. Este método es usado en donde se requiera no ser considerada la resistencia de los elementos que integran el sistema, ya que resulta ser un método aproximado. El desarrollo de este método se basa en los siguientes pasos: 

La impedancia del equipo deberá convertirse directamente a MVA de corto circuito por la ecuación 2.1, si la reactancia del equipo está en % o por la ecuación 2.2, si la reactancia está en por unidad. 𝑀𝑉𝐴𝑐𝑐 =

(𝑀𝑉𝐴𝑒𝑞𝑢𝑖𝑝𝑜 ) ∗ 100 %𝑋 𝑑𝑒𝑙 𝑒𝑞𝑢𝑖𝑝𝑜

𝑀𝑉𝐴𝑐𝑐 = 

𝑀𝑉𝐴𝑒𝑞𝑢𝑖𝑝𝑜 𝑋𝑝𝑢 𝑑𝑒𝑙 𝑒𝑞𝑢𝑖𝑝𝑜

(2.1)

(2.2)

La impedancia de líneas y alimentadores (cables) deberá convertirse directamente a MVA de corto circuito por medio de la ecuación 2.3, si la reactancia de la línea está en Ohms. 𝑀𝑉𝐴𝑐𝑐 =

𝐾𝑉 2 𝑋𝑂ℎ𝑚𝑠

(2.3)

Donde se observa que los kV son los correspondientes a los de línea-línea del cable. 

Dibujar dentro de rectángulos o círculos todos los MVA de corto circuito de equipos y alimentadores siguiendo el mismo arreglo que éstos tienen en el diagrama unifilar.



Cambiar los valores de MVAcc del sistema hasta encontrar un valor equivalente en el punto de falla, considerando que los valores en serie se combinan como si fueran resistencias en paralelo y los valores que estén en paralelo se suman directamente.



Reducir el diagrama unifilar (ya con los cambios del punto anterior) como si fuera una red de secuencias del método de componentes simétricas.



Con el valor encontrado en el paso anterior, se calcula la corriente de corto circuito trifásico de la siguiente manera: 𝐼𝑐𝑐 =

(𝑀𝑉𝐴𝑐𝑐 ) ∗ 1000 √3 ∗ (𝑘𝑉)

(2.4)

Donde se observa que los kV son los correspondientes a los de línea-línea en el punto de falla. Cabe mencionar que, este método solo se aplica a una falla trifásica, ya que para una monofásica el procedimiento se complica demasiado. 3. ANÁLISIS Y RESULTADOS El esquema mostrado representa un transformador al cual está conectado un motor y este a su vez se conecta a un sistema de potencia que tiene un nivel de cortocircuito de 100 MVA en el punto de conexión. Se calculara la corriente de cortocircuito para los siguientes casos: La tensión en el primario del transformador es 13.8 KV y en el secundario 4.16 KV.

a) Antes del transformador 1. Con la contribución del motor

.TRANSFORMADOR

𝑀𝑉𝐴𝐶𝐶=

𝑀𝑉𝐴 𝑇 𝑍𝑃.𝑈

𝑀𝑉𝐴𝐶𝐶=

10 𝑀𝑉𝐴 = 100 𝑀𝑉𝐴 0.1

MOTOR 𝑀𝑉𝐴𝐶𝐶=

𝑀𝑉𝐴𝑀 𝑋"

𝑀𝑉𝐴𝐶𝐶=

10 𝑀𝑉𝐴 = 50 𝑀𝑉𝐴 0.2

100 MVA

100 MVA

50 MVA

𝐸𝑞𝑢𝑖𝑣 =

100 ∗ 50 = 33.33𝑀𝑉𝐴 100 + 50

100 MVA

33.33 MVA

𝐸𝑞𝑢𝑖𝑣 = 100 𝑀𝑉𝐴 + 33.33 𝑀𝑉𝐴 = 133.33𝑀𝑉𝐴

133.33 MVA

FUENTE

TRANSFORMADOR

MOTOR

𝐼𝐶𝐶 = 𝐼𝐶𝐶 =

𝑀𝑉𝐴 √3 ∗ 𝐾𝑉 133.33 𝑀𝑉𝐴 √3 ∗ 13.8 𝐾𝑉

= 5.57 𝐾𝐴

2. Sin la contribución del motor

TRANSFORMADOR 𝑀𝑉𝐴𝐶𝐶=

𝑀𝑉𝐴 𝑇 𝑍𝑃.𝑈

𝑀𝑉𝐴𝐶𝐶=

10 𝑀𝑉𝐴 = 100 𝑀𝑉𝐴 0.1

100 MVA

100 MVA

FUENTE

200 MVA TRANSFORMADOR

𝐸𝑞𝑢𝑖𝑣 = 100 𝑀𝑉𝐴 + 100 𝑀𝑉𝐴 = 200 𝑀𝑉𝐴

𝐼𝐶𝐶 = 𝐼𝐶𝐶 =

𝑀𝑉𝐴 √3 ∗ 𝐾𝑉 200 𝑀𝑉𝐴 √3 ∗ 13.8 𝐾𝑉

= 8.36 𝐾𝐴

b) Después del transformador 1. Con la contribución del motor

TRANSFORMADOR 𝑀𝑉𝐴𝐶𝐶=

𝑀𝑉𝐴 𝑇 𝑍𝑃.𝑈

𝑀𝑉𝐴𝐶𝐶=

10 𝑀𝑉𝐴 = 100 𝑀𝑉𝐴 0.1

MOTOR 𝑀𝑉𝐴𝐶𝐶=

𝑀𝑉𝐴𝑀 𝑋"

𝑀𝑉𝐴𝐶𝐶=

10 𝑀𝑉𝐴 = 50 𝑀𝑉𝐴 0.2

100 MVA

100 MVA

50 MVA

𝐸𝑞𝑢𝑖𝑣 =

100 ∗ 100 = 50 𝑀𝑉𝐴 100 + 100

50 MVA

50 MVA

FUENTE

TRANSFORMADOR

MOTOR

𝐸𝑞𝑢𝑖𝑣 = 50 𝑀𝑉𝐴 + 50 𝑀𝑉𝐴 = 100 𝑀𝑉𝐴

100 MVA

𝐼𝐶𝐶 = 𝐼𝐶𝐶 =

𝑀𝑉𝐴 √3 ∗ 𝐾𝑉 100 𝑀𝑉𝐴 √3 ∗ 4.16 𝐾𝑉

= 13.87 𝐾𝐴

2. Sin la contribución del motor

TRANSFORMADOR 𝑀𝑉𝐴𝐶𝐶=

𝑀𝑉𝐴 𝑇 𝑍𝑃.𝑈

𝑀𝑉𝐴𝐶𝐶=

10 𝑀𝑉𝐴 0.1

= 100 𝑀𝑉𝐴

100 MVA

100 MVA

FUENTE

TRANSFORMADOR

𝐸𝑞𝑢𝑖𝑣 =

100 ∗ 100 = 50 𝑀𝑉𝐴 100 + 100

50 MVA

𝐼𝐶𝐶 = 𝐼𝐶𝐶 =

𝑀𝑉𝐴 √3 ∗ 𝐾𝑉 50 𝑀𝑉𝐴 √3 ∗ 4.16 𝐾𝑉

= 6.93 𝐾𝐴

4. CONCLUSIONES El estudio de las corrientes de corto circuito es fundamental para dimensionar las capacidades interruptivas, que deben de tener las protecciones. La rapidez con que se obtienen los cálculos mediante el software lo hacen más atractivo a la hora de llevar a cabo un estudio de corto circuito ofreciendo además la ventaja de permitir cambios en la red y obtener de manera automática los nuevos resultados. El método de los MVA’s nos ofrece la enorme ventaja de guiarnos a través de un flujo a lo largo de la red, lo cual nos resulta fácil predecir algún error. Este método es útil para detectar errores a la hora de ingresar los datos de los componentes del circuito. 5. BIBLIOGRAFÍA [1]. Bojórquez, V. J. V. (2007). Estudio comparativo de las normas IEC y ANSI para cálculo de corto circuito. En Tesis, Escuela superior de ingeniería mecánica y eléctrica, México. [2]. http://www.bdigital.unal.edu.co/2410/1/7 1310540.20091.pdf [3]. Rojas, I. V. E. (Junio 2003). El diseño eléctrico. En Método de los kVA’s equivalentes para el cálculo de las corrientes de corto circuito.