2. tipos de fallas y análisis de cortocircuito ETAP

1. TIPOS DE FALLAS Y
ANÁLISIS DE CORTOCIRCUITO
PRESENTADORES:
 Ing. Rafael Franco M. Esp – etap Certified Instructor – Leader
Engineer – Projects & Consulting.
 Ing. Luis Bernardo Moya s. – etap Consulting and Power System.

2. TIPOS DE FALLAS
 Fallas de sobrecorriente por sobrecarga y cortocircuito.
 Sobre y baja tensión.
 Descargas atmosféricas.
 Fases abiertas de los circuitos.
 Desbalances de tensión y corriente.
 Desviaciones de frecuencia.
 Perdidas de sincronismo de generadores y sistemas.
 Perdida de excitación de generadores y motores sincrónicos.
 Oscilaciones de potencia.

3. CONSECUENCIAS DE LAS FALLAS
1. Daños a la vida humana, animal o vegetal:
 Daños a la vida humana: Electrocución, quemaduras, explosiones y la
muerte.
 Daños a la vida animal: Electrocución, quemaduras y la muerte.
 Daños a la vida vegetal: Incendios.
2. Daños en los equipos: Daño térmico por sobretensiones, destrucción
por el calor producido por las altas temperaturas de operación y
explosiones, avería por esfuerzos mecánicos, … etc.
3. Daños en infraestructura: Daño térmico por altas temperaturas y
explosiones.
4. Perdidas eléctricas y económicas: Interrupción de los procesos por
ausencia de tensión y falta del suministro eléctrico, perdida de
continuidad en los procesos, caídas del sistema de potencia, perdidas de
estabilidad en los sistemas, salidas de generadores por perdidas de
sincronismo, …etc.

4. CONSECUENCIAS DE LAS FALLAS
5. Arco Eléctrico: El arco
eléctrico es una corriente
que puede circular entre
dos conductores a través
de un espacio compuesto
por partículas ionizadas y
vapor de conductores
eléctricos que
anteriormente fueron aire.
La mezcla de materiales a
través de la cual circula la
corriente del arco eléctrico
se llama plasma y la
característica física que
hace peligroso a un arco
eléctrico son las alta
temperaturas que puede
alcanzar 50000 ºK en el
ánodo y cátodo de los
conductores y 20000 ºK en
la columna.
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5. ANÁLISIS DE CORTOCIRCUITO
Sobrecarga: Es una falla de sobrecorriente que sucede de forma
temporal en la cual un sistema eléctrico excede sus condiciones
normales de operación, solicitando una mayor magnitud de corriente
eléctrica para funcionar.
Cortocircuito: Es una falla de sobrecorriente en la cual la corriente de
un sistema eléctrico en un punto especifico tiende al infinito (hasta
donde lo permita la fuente) ocasionando que el circuito tenga una
impedancia y/o resistencia nula durante un espacio de tiempo. Existen
cuatro (4) tipos de fallas de cortocircuito que se describen a
continuación:
 Trifásica.
 Línea a tierra (Monofásica).
 Línea a línea (Bifásica).
 Línea a línea a tierra (Bifásica a tierra).

6. ANÁLISIS DE CORTOCIRCUITO
Tipos de Cortocircuito
Existen dos tipos de corrientes de cortocircuito que son las de tipo
simétricas y las asimétricas.
Fallas Simétricas
Las fallas de cortocircuito simétricas son
aquellas que no tiene aportes de corrientes
DC, lo cual indica que únicamente se
presentaran los picos máximos de corriente
a medio (1/2) ciclo de operación.
Fallas Asimétricas
Las fallas de cortocircuito asimétricas son
aquellas que tienen un aporte de corrientes
DC, presentando una mayor magnitud de
los picos de corriente a medio (1/2) ciclo de
operación.

7. ANÁLISIS DE CORTOCIRCUITO

8. ANÁLISIS DE CORTOCIRCUITO
Calculo Teórico de Cortocircuito
El calculo de corrientes de cortocircuito es una metodología que lleva un
sistema eléctrico con diferentes elementos a diferentes niveles de tensión a
un sistema por unidad (P.U.) que es un equivalente entre la cantidad de la
variable y la cantidad base que lleva el sistema a un solo medio de
operación referente a potencia y tensión base desde donde se quiere
obtener los resultados.
Existente varias metodologías de calculo que permiten obtener resultados
aproximados, entre los que cabe resaltar el caculo por unidad y los MVA
Equivalentes. Cabe resaltar que todos los métodos son variaciones del
calculo por unidad, al igual que todos los cálculos de corrientes línea a tierra
(monofásicas), línea a línea (bifásicas) y línea a línea a tierra (bifásicas a
tierra) requiere de cálculos por unidad y aproximaciones descritas en la
normatividad vigente.

9. ANÁLISIS DE CORTOCIRCUITO
Equipos Vistos en Secuencia P.U.

10. ANÁLISIS DE CORTOCIRCUITO
Conexiones de un Transformador en un Sistema P.U.
I0 = I1 = I2 = | I | A I0 = I1 = I2 = | I | A I0 = I1 = I2 = 0 A
Corriente de cortocircuito monofásico: I1Φ = I0 + I1 + I2

11. ANÁLISIS DE CORTOCIRCUITO
1. 𝑆𝑆𝐶 = √3 × 𝑉𝐿𝐿−𝑃 × 𝐼𝑆𝐶−3Φ
Formulas para el Calculo de Cortocircuito Trifásico (Calculo P.U.)
2. 𝑍[Ω] 𝑇𝐻 =
𝑉𝐿𝐿−𝑃
2
𝑆𝑆𝐶−3Φ
3. 𝑍 𝑃.𝑈. =
𝑍 [%] 𝑇𝑟𝑎𝑓𝑜
100 [%]
4. 𝑍 𝐵𝑎𝑠𝑒−𝑃 =
𝑉𝐵𝑎𝑠𝑒−𝑃
2
𝑆 𝐵𝑎𝑠𝑒
5. 𝑍[Ω] 𝑇𝑟𝑎𝑓𝑜−𝑃
= 𝑍 𝑃.𝑈. × 𝑍 𝐵𝑎𝑠𝑒−𝑃
6. 𝑍[Ω] 𝐸𝑞−𝑃 = 𝑍[Ω] 𝑇𝐻+𝑍[Ω] 𝑇𝑟𝑎𝑓𝑜
7. 𝐼𝑆𝐶−3Φ−𝑃 =
𝑉 𝐿𝐿−𝑃
√3×𝑍[Ω] 𝐸𝑞
8. 𝐼𝑆𝐶−3Φ−𝑆 = 𝐼𝑆𝐶−𝑃𝑟𝑖𝑚𝑎𝑟𝑖𝑜 ×
𝑉 𝑃𝑟𝑖𝑚𝑎𝑟𝑖𝑜
𝑉 𝑆𝑒𝑔𝑢𝑛𝑑𝑎𝑟𝑖𝑜

12. ANÁLISIS DE CORTOCIRCUITO
Formulas para el Calculo de Cortocircuito Monofásico (Calculo P.U.)
2. 𝑍 𝑃.𝑈. =
𝑍 [%] 𝑇𝑟𝑎𝑓𝑜
100 [%]
6. 𝑍[Ω]1−2−𝑆= 𝑍[Ω]1−2−𝑃 ×
𝑉 𝑆𝑒𝑔𝑢𝑛𝑑𝑎𝑟𝑖𝑜
𝑉 𝑃𝑟𝑖𝑚𝑎𝑟𝑖𝑜
3. 𝑍 𝐵𝑎𝑠𝑒−𝑆 =
𝑉𝐵𝑎𝑠𝑒−𝑆
2
𝑆 𝐵𝑎𝑠𝑒
4. 𝑍[Ω] 𝑇𝑟𝑎𝑓𝑜−𝑆
= 𝑍 𝑃.𝑈. × 𝑍 𝐵𝑎𝑠𝑒−𝑆
1. 𝑍[Ω]1−𝑃 = 𝑍[Ω]2−𝑃 = 𝑍[Ω] 𝑇𝐻 =
𝑉𝐿𝐿−𝑃
2
𝑆𝑆𝐶−3Φ
5. 𝑍[Ω]0−𝑃 =
𝑉2
𝑆 𝑆𝐶−1Φ
+ 𝑍[Ω]1−𝑃+𝑍[Ω]2−𝑃
7. 𝑍[Ω]0−𝑆 = 𝑍[Ω]0−𝑃 ×
𝑉 𝑆𝑒𝑔𝑢𝑛𝑑𝑎𝑟𝑖𝑜
𝑉 𝑃𝑟𝑖𝑚𝑎𝑟𝑖𝑜
8. Hacer el ensamble del circuito equivalente
según la conexión del transformador y evaluar
el circuito frente a la tensión de fase a neutro.
9. 𝐼0 = 𝐼1 = 𝐼2 =
𝑉𝐿𝐿
√3
𝑍0 + 𝑍1 + 𝑍2
10. 𝐼𝑆𝐶−1Φ = 𝐼0 + 𝐼1 + 𝐼2

13. ANÁLISIS DE CORTOCIRCUITO
Ejercicio
Equivalente de red
V = 11400 V
ISC 3F = 3000 A
ISC 1F = 2500 A
Transformador
|S| Transformador = 1 MVA
Tipo Seco
Z[%] = 6 %
V = 11400 V / 480 V
Tensión (kV) 11,4
Corriente de cortocircuito 3Φ (kA) 3
Potencia de cortocircuito 3Φ (MVA) 59,24
Impedacia equivalente: Zeq (Ω) 2,19
Potencia (MVA) 1
Impedancia transformador: ZTrafo (%) 6%
Cortocircuito 3Φ (MVA) 16,67
Impedancia P.U. 0,06
Impedancia base 130,0
Impedancia transformador: ZTrafo (Ω) 7,80
Tensión (kV) 0,48
Impedacia equivalente: ZTotal (Ω) 9,99
Corriente de cortocircuito 3Φ (kA) 15,65
CALCULO DE CORTOCIRCUITO TRIFASICO
Equivalente de Red
Transformador
Barra

14. ANÁLISIS DE CORTOCIRCUITO
Nivel de Tensión 11,4 kV 0,48 kV
Tensión (kV) 11,4 Z1 Equivalente de red (Ω) 2,194 0,004
Cortocircuito 3Φ (kA) 3 Z2 Equivalente de red (Ω) 2,194 0,004
Cortocircuito 1Φ (kA) 2,5 Z0 Equivalente de red (Ω) 3,510 0,006
Nivel de Tensión 11,4 kV 0,48 kV
Potencia (MVA) 1 Z1 Transformador (Ω) 7,798 0,014
Impedancia (Z+) 6% Z2 Transformador (Ω) 7,798 0,014
Impedancia (Z0) 6% Z3 Transformador (Ω) 7,798 0,014
Conexión Dyn
Nivel de Tensión 11,4 kV 0,48 kV
Z1 Equivalente (Ω) 9,992 0,018
Tensión (kV) 0,48 Z2 Equivalente (Ω) 9,992 0,018
Cortocircuito 1Φ (kA) 16,88 Z0 Equivalente (Ω) 7,798 0,014
Transformador
Sistema
Barra
CALCULO DE CORTOCIRCUITO MONOFASICO

15. ANÁLISIS DE CORTOCIRCUITO
Resultados en ETAP
Falla Trifásica Falla Monofásica

16. ANÁLISIS DE CORTOCIRCUITO
Resultados en ETAP

17. ANÁLISIS DE CORTOCIRCUITO
Esquema de Secuencias para una Falla Bifásica
Esquema de Secuencias para una Falla Bifásica a Tierra