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8/18/2019 Introducción Al Análisis de Falla
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8/18/2019 Introducción Al Análisis de Falla
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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.
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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
8/18/2019 Introducción Al Análisis de Falla
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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.
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• Descarga atmosféricas
• Lluvia• Nieve o Granizo
• Hielo excesivo
• Calor
5
Condiciones climáticas:
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• Contaminación
• Corrosión
• Incendio• Caída de arboles sobre las líneas
• Choque de materiales arrastrados por el viento
• Inundación
• Movimiento telúrico
Medio ambiente:
6
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• Aves
• Roedores
Animales:
• Actos de vandalismo
• Choques de vehículos sobre postes
Terceros:
7
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• 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
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• Monofásica a tierra
• Bifásico a tierra
• Bifásico o entre líneas
• Trifásico o entre líneas
• Trifásico o trifásico a tierra
Fallas transversales:
9
8/18/2019 Introducción Al Análisis de Falla
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Fallas series:
• Apertura de una fase
• Apertura de dos fases
• Impedancias de fases diferentes
• Monofásica aislada
10
8/18/2019 Introducción Al Análisis de Falla
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• 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
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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
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13
Rotura del aislador
Año 2008
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14
Buje del transformador
Gallinazo muerto sobre el radiador
Año 2008
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15
Caída de conductor
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16
Acercamiento de Grúa a losconductores
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17
Tala de árboles porterceros
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18
03/03/2010L-2211 (Ica – Marcona) de 220 kV
Choque de materiales arrastrados por el viento
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19
Incendio de un transformador Oroya
Nueva 220/50 kV
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20Incendio
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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
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Eje Real
Eje Imaginario
Y
r
ϕ
jbaY +=r
a
b
22
)Im()Re(
Y bY ar
r
==
Número complejo
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( ) [ ]t j
j jm
eY t y
YeeY
Y
comoY
ω
ϕ ϕ
r
r
r
Re2
:Luego2
:fasorelDefinimos
=
==
23
Representación del fasor
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)t(ydermsValor:
2
YYDonde
sin jYcosYY
YYeY
m
j
=
ϕ+ϕ=
ϕ∠== ϕ
r
r
24
Representación del fasor
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( )
ϕ+θ=∠
∠
== ϕ+θϕ+θ
A
:TantoloPor
A"faserdelAngulo"SignificaA
/ AAeA )( j
r
r
r
25
Notación del fasor
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Eje Real
Eje Imaginario
ϕ ∠=Y Y r
ϕ sinY
ϕ cosY
ϕ
26
Representación del fasor
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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
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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
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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
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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
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I
V
VL
VC
VR
R L C
VR
I
VC
VR
VL
VC
V
ϕ
Diagrama fasorial de un circuito serie RLC
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V
IR
IICI
L
IC
I
R L CIR IL IC
IR
V
ϕ
32
Diagrama fasorial de un circuito paralelo RLC
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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
8/18/2019 Introducción Al Análisis de Falla
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Carga
saliente
Carga
Entrante
Máxima
Carga
X
R
34
Ejemplo de región de Impedancia
8/18/2019 Introducción Al Análisis de Falla
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)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
8/18/2019 Introducción Al Análisis de Falla
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( )ϕ ϕ −+= t ωVI VI p 2coscos
p = vi
iv
P
)cos(VIdtpT
1P
T
0omedioPr
ϕ=⋅=
∫ 36
Potencia Instantánea
8/18/2019 Introducción Al Análisis de Falla
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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
8/18/2019 Introducción Al Análisis de Falla
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=
=
→→→→→
IVReIVReP
**
−=
=
→→→→
IVImIVImQ **
jQPIVS *
+==
rrr
I
V
Z
38
Potencia Compleja
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39
Comportamiento de la corriente decortocircuito de un Generador Síncrono:
8/18/2019 Introducción Al Análisis de Falla
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40
X''d
X'd
XdXd(t)
Comportamiento de la corriente decortocircuito de un Generador Síncrono:
8/18/2019 Introducción Al Análisis de Falla
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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
8/18/2019 Introducción Al Análisis de Falla
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Falla trifásica: N
R
Generador Transformador Línea
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
8/18/2019 Introducción Al Análisis de Falla
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
8/18/2019 Introducción Al Análisis de Falla
44/52
Falla monofásica a tierra:
Line1:m:I:bus1:A A Line1:m:I:bus1:B B Line1:m:I:bus1:C C
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
Line1:m:u:bus1:B B Line1:m:u:bus1:A A Line1:m:u:bus1:C C
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
Generador Transformador Línea
R
44
8/18/2019 Introducción Al Análisis de Falla
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
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Falla bifásica aislada:
Line1:m:I:bus1:A A Line1:m:I:bus1:B B Line1:m:I:bus1:C C
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
Line1:m:u:bus1:B B Line1:m:u:bus1:A A Line1:m:u:bus1:C C
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
Generador Transformador Línea
R
46
8/18/2019 Introducción Al Análisis de Falla
47/52
Falla bifásica a tierra: N
R
Generador Transformador Línea
R
Line1:m:I:bus1:A A Line1:m:I:bus1:B B Line1:m:I:bus1:C C
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
Line1:m:u:bus1:B B Line1:m:u:bus1:A A Line1:m:u:bus1:C C
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
8/18/2019 Introducción Al Análisis de Falla
48/52
Una fase abierta: N
R
Generador Transformador Línea
R
Line1:m:I:bus1:A A Line1:m:I:bus1:B B Line1:m:I:bus1:C C
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
Line1:m:u:bus1:B B Line1:m:u:bus1:A A Line1:m:u:bus1:C C
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
8/18/2019 Introducción Al Análisis de Falla
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, …)
8/18/2019 Introducción Al Análisis de Falla
50/52
50
S.E. A S.E. B
R
S
T
R
S
T
Secuencia de evento para una fallamonofásica en una línea de transmisión:
Desconexión monofásicaSe espera un tiempo ajustable para extinguir el arco
eléctrico secundario
8/18/2019 Introducción Al Análisis de Falla
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)
Secuencia de evento para una fallamonofásica en una línea de transmisión:
8/18/2019 Introducción Al Análisis de Falla
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