Analisis de sistemas de potencia Resumen 109 - ArturoSelect

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11.10 REDES DE SECUENCIA 433
cargas monofásicas donde 7b=Zc = 0, pero se limitará el análisis a los sistemas que están balanceados antes de que ocurra la falla.
11.9 REDES DE SECUENCIA
En las secciones precedentes de este capítulo se han desarrollado circuitos equivalentes monofásicos en la forma de circuitos de secuencia cero, positiva y negativa para impedancias de carga, transformadores, líneas de trasmisión y máquinas sincrónicas que constituyen las partes principales de la red trifásica de trasmisión de potencia. Con excepción de las máqui- ñas rotatorias, todas las partes de la red son estáticas y sin fuentes. Se supone que cada parte individual es lineal y trifásica simétrica cuando se conecta en las configuraciones Y o A. Con base en estas suposiciones, se encuentra que:
· En cualquier parte de la red, la caída de voltaje originada por la corriente de una cierta
*	secuencia sólo depende de la impedancia de esa parte de la red al flujo de corriente de esa
secuencia.
· La impedancia a las corrientes de secuencia positiva y negativa, Z{ y Z2, son iguales en
c	cualquier circuito estático y se pueden considerar aproximadamente iguales en máquinas
sincrónicas bajo condiciones subtransitorias.
· En cualquier parte de la red, la impedancia a la corriente de secuencia cero, Zo, es por lo general, diferente de Zx y Z2.
· Solamente los circuitos de secuencia positiva de las máquinas rotatorias contienen fuen-
o	tes que son de voltajes de secuencia positiva.
· El neutro es la referencia para los voltajes en los circuitos de secuencia positiva y negati-
t	va, y estos voltajes al neutro son iguales a los voltajes a tierra, si hay una conexión física
t	de impedancia cero u otra de valor finito entre el neutro y la tierra del circuito real.
· No fluyen corrientes de secuencia positiva o negativa entre los puntos neutro y de tierra.
< * '	‘	• No se incluyen las impedancias Z„ en las conexiones físicas entre el neutro y la tierra en
los circuitos de secuencia positiva y negativa, pero se representan por las impedancias
;	3Z„ entre el neutro y la tierra en los circuitos de secuencia cero.
Estas características de los circuitos de secuencia individuales conducen a la construcción de las redes de secuencia correspondientes. El objetivo de obtener los valores de las impedancias de secuencia de las diferentes partes de un sistema de potencia es permitir la construcción de las redes de secuencia del sistema completo. La red de una secuencia particular (que se construye al unir todos los circuitos de secuencia correspondientes de las par- tes separadas) muestra todas las trayectorias para el flujo de la corriente de esa secuencia en .	una fase del sistema real.
Las corrientes que fluyen en las tres fases de un sistema trifásico balanceado, bajo condiciones normales de operación, constituyen un conjunto simétrico de secuencia positiva. Estas corrientes de secuencia positiva solamente dan origen a caídas de voltaje de la '	misma secuencia. Debido a que en los capítulos precedentes sólo se presentaron corrientes
de una secuencia, se considerará que la corriente fluirá en una red monofásica independiente que combine las fems de secuencia positiva de las máquinas rotatorias con las impedancias a las corrientes de secuencia positiva de los otros circuitos estáticos. La misma red equiva
434 CAPÍTULO 11 COMPONENTES SIMÉTRICAS Y REDES DE SECUENCIA
lente monofásica se conoce como red de secuencia positiva con el fin de distinguirla de las redes de las otras dos secuencias.
En los primeros capítulos se ha analizado la construcción de la representación de impedancias y admitancias de algunas redes de secuencia positiva complejas. Por lo general, no se ha incluido el desfasamiento asociado con los transformadores A-Y y Y-A en las ~~	“ "" redes de secuencia positiva porque los sistemas prácticos se diseñan de tal manera que los
-	desfasamientos sumen cero alrededor de todas las mallas. Sin embargo, en los cálculos deta
llados se debe recordar adelantar en 30° todos los voltajes y corrientes de secuencia positiva cuando se pase del lado de bajo al de alto voltaje del transformador A-Y o Y-A.
La transición de una red de secuencia positiva a una red de secuencia negativa es simple. Los generadores y motores sincrónicos trifásicos tienen sólo voltajes internos de secuencia positiva porque se diseñan para generar voltajes balanceados. La conversión de una red de secuencia positiva a una de secuencia negativa se lleva a cabo cambiando, si es necesario, sólo el valor de las impedancias que representan las máquinas rotatorias y omitiendo las fems. Esto es debido a que las impedancias de secuencia positiva y negativa son iguales en sistemas estáticos y simétricos. Se omiten las fuerzas electromotrices al suponer voltajes generados balanceados y al no haber voltajes de secuencia negativa inducidos por fuentes externas. Al usar las redes de secuencia negativa para cálculos detallados, se debe también recordar el retraso en 30° de los voltajes y corrientes de secuencia negativa cuando se pasa del lado de bajo al de alto voltaje de un transformador A-Y o Y-A.
Todos los puntos al neutro deben estar al mismo potencial para las corrientes de secuencia positiva o negativa porque éstos están al mismo potencial en sistemas trifásicos en los que fluyen corrientes balanceadas. Por lo tanto, el neutro de un sistema trifásico simétrico es la referencia de potencial lógica por usarse para especificar las caídas de voltaje de - * secuencia positiva y negativa, y también, es el nodo de referencia de las redes correspondientes. La impedancia conectada entre el neutro de una máquina y la tierra no es parte de las redes de secuencia positiva y negativa porque no fluyen corrientes de esas secuencias en esa impedancia.
Las redes de secuencia negativa (al igual que las de secuencia positiva de capítulos previos) pueden contener circuitos equivalentes exactos de las partes del sistema o se pueden simplificar omitiendo la resistencia serie y la admitancia paralelo.
Ejemplo 11.8. Dibuje la red de secuencia negativa para el sistema descrito en el ejemplo 6.1. Suponga que la reactancia de secuencia negativa de cada máquina es igual a su reactancia subtransitoria. Omita la resistencia y el desfasamiento asociado con las conexiones del transformador.
Solución. Debido a que las reactancias de secuencia negativa del sistema son iguales a las reactancias de secuencia positiva, la red de secuencia negativa es igual a la de secuencia positiva de la figura 6.6, con excepción de que se omiten las fems de la red de secuencia negativa. En la figura 11.25 se encuentra dibujada la red requerida sin considerar los desfasamientos del transformador.
Los circuitos equivalentes de secuencia cero que se determinan para las diferentes partes del sistema se combinan fácilmente para formar la red de secuencia cero. Un sistema trifásico opera como monofásico en lo que se refiere a las corrientes de secuencia cero, porque éstas son iguales en magnitud y fase en cualquier punto de las fases del sistema. Por lo tanto, sólo fluirán las corrientes de secuencia cero si hay una trayectoria de retomo que las
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JO.0857 , JO.1815 JO.0915
r
)	FIGURA 11.25
j JO.5490 Red de secuencia negativa para el ejemplo
5	11.8.
Referencia
provea de un circuito completo. La referencia para los voltajes de secuencia cero es el potencial a tierra en el punto del sistema en que se especifica un voltaje en particular. Como pueden fluir corrientes de secuencia cero hacia la tierra, ésta no está exactamente al mismo potencial en todos los puntos y el nodo de referencia de la red de secuencia cero no representa una tierra de potencial uniforme. Ya se ha analizado el hecho de que la impedancia de la tierra y de los hilos de guarda está incluida en la impedancia de secuencia cero de la línea de trasmisión y que el circuito de retomo de la red de secuencia cero es un conductor sin impedancia que, a su vez, es el nodo de referencia del sistema. Esto se debe a que la impedancia de la tierraestá incluida en la impedancia de secuencia cero de manera que los voltajes medidos al nodo de referencia de la red de secuencia cero dan el valor correcto del voltaje a una tierra ideal equivalente. Las figuras 11.26 y 11.27 muestran los diagramas unifilares de dos sistemas de potencia pequeños y sus correspondientes redes de secuencia cero, simplificadas al omitir las resistencias y las admitancias en paralelo.
El análisis de una falla asimétrica en un sistema simétrico consiste en encontrar las componentes simétricas de las corrientes desbalanceadas que fluyen por el sistema. Por lo tanto, para calcular el efecto de una falla por el método de las componentes simétricas, es esencial determinar las impedancias de secuencia y combinarlas para formar las redes de
FIGURA 11.26
Diagrama unifilar de un pequeño sistema de potencia y su correspondiente red de secuencia cero.
436 CAPÍTULO 11 COMPONENTES SIMÉTRICAS Y REDES DE SECUENCIA
FIGURA 11.27
Diagrama unifilar de un pequeño sistema de potencia y su correspondiente red de secuencia cero.
secuencia. Entonces, las redes de secuencia que llevan las componentes simétricas de corriente /j0), e íj2) se interconectan para representar las diferentes condiciones, descritas en el capítulo 12, de falla desbalanceada.
Ejemplo 11.9. Dibuje la red de secuencia cero para el sistema descrito en el ejemplo 6.1. Suponga que la reactancia de secuencia cero para el generador y los motores es de 0.05 por unidad. Una reactancia limitadora de corriente de 0.4 está en cada uno de los neutros del generador y del motor más grande. La reactancia de secuencia cero de la línea de trasmisión es de 1.5 íl/km.
Solución. La reactancia de dispersión de secuencia cero de los transformadores es igual a la reactancia de secuencia positiva. Así, para los transformadores XQ = 0.0857 por unidad y 0.0915 por unidad, como en el ejemplo 6.1. Las reactancias de secuencia cero del generador y de l s motores son:
Generador: Xo = 0.05 por unidad
Motor 1:
%0 = 0.05
f V V
300 1 13.2
<200 A 13.8 >
= 0.0686 por unidad