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  • Departamento de Estudios

    ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITO

    PROGRAMA ETAP

  • ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITO

    PROGRAMA ETAP

    Departamento de Estudios

    22/11/04

    CONTENIDO

    1.- CORRIENTE DE CORTOCIRCUITO.

    2.- PROGRAMA ETAP.

    3.- NORMA ANSI/IEEE.

    4.- NORMA IEC.

    5.- DIFERENCIAS ENTRE LA NORMA ANSI/IEEE Y LA IEC.

    6.- EJEMPLO.

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    PROGRAMA ETAP

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    22/11/04

    1.- CORRIENTE DE CORTOCIRCUITO

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    22/11/04

    Conexin accidental o intencional, de relativa baja resistencia o

    impedancia, en dos o ms puntos en un circuito, que estn normalmente

    a diferente tensin.

    DEFINICIN DE CORTOCIRCUITO

    CMO ES LA CORRIENTE DE CORTOCIRCUITO?

    R+jX

    E Red t=0

    dt

    tdiLtiRtsenE 2

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    22/11/04

    Al resolver la ecuacin diferencial la corriente de cortocircuito es:

    -6

    -4

    -2

    0

    2

    4

    6

    8

    10

    0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35

    RX

    t

    ektsenXR

    Eti

    22

    2

    -6

    -4

    -2

    0

    2

    4

    6

    8

    10

    0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35

    -6

    -4

    -2

    0

    2

    4

    6

    8

    10

    0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 + =

    CMO ES LA CORRIENTE DE CORTOCIRCUITO? (CONT.)

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    CARACTERSTICAS DE LA CORRIENTE DE CORTOCIRCUITO

    - Es asimtrica. Debido al trmino que introduce una

    componente de corriente continua a la forma de onda de la corriente

    total.

    - La asimetra depende de la inductancia equivalente vista entre los

    terminales de la falla.

    - La duracin o decaimiento de la asimetra depende de la relacin

    X/R o la constante de tiempo L/R.

    - La componente sinusoidal de la corriente de cortocircuito depende

    exclusivamente de la fuente que alimenta la falla.

    RX

    t

    ek

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    22/11/04

    - En casos donde exista un generador elctricamente cerca del

    punto de falla, pueden presentarse decaimientos de corriente

    alterna debido a fenmenos transitorios y subtransitorios. Por

    tanto, la amplitud de la onda sinusoidal decaer con el paso del

    tiempo hasta un valor estable.

    Corriente de cortocircuito con decaimientos AC y DC:

    -20

    0

    20

    40

    60

    80

    100

    120

    0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35

    CARACTERSTICAS DE LA CORRIENTE DE CORTOCIRCUITO (CONT.)

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    22/11/04

    CARACTERSTICAS DE LA CORRIENTE DE CORTOCIRCUITO (CONT.)

    -20

    0

    20

    40

    60

    80

    100

    120

    0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35

    -60

    -40

    -20

    0

    20

    40

    60

    0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35

    Decaimiento DC Decaimiento AC

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    FUENTES DE CORTOCIRCUITO

    Las corrientes que fluyen durante un cortocircuito provienen de las

    mquinas elctricas:

    - Generadores sincrnicos.

    - Motores sincrnicos.

    - Motores de induccin.

    - Utilities.

    La corriente de falla desde cada mquina elctrica es limitada por:

    - La impedancia de la mquina.

    - La impedancia entre la mquina y el cortocircuito.

    Las corrientes de falla generalmente no dependen de la carga pre-

    falla de la mquina.

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    La impedancia de la mquina es un valor complejo y variable con el

    tiempo. Para los clculos de los niveles de cortocircuito se han

    establecido tres valores distintos de reactancia:

    - Xd : Reactancia subtransitoria.

    - Xd : Reactancia transitoria.

    - Xd : Reactancia sincrnica.

    Para los generadores sincrnicos, los fabricantes presentan dos

    tipos de reactancias:

    - Xdv : A tensin nominal, saturada, ms pequea. - Xdi : A corriente nominal, no saturada, ms grande.

    Para calcular el nivel de cortocircuito se utiliza Xdv, como un valor conservador.

    FUENTES DE CORTOCIRCUITO (CONT.)

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    22/11/04

    OBJETIVOS DE LOS ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITO

    Los objetivos principales de los estudios de cortocircuito son:

    - Determinar correctamente los elementos de proteccin a

    instalar (interruptores, fusibles, etc.).

    - Determinar los esfuerzos trmicos y dinmicos que deben

    soportar cada uno de los componentes ubicados en una

    instalacin elctrica (conductores, switchgear, MCC, etc.).

    - Coordinar las distintas protecciones elctricas instaladas

    (fusibles, interruptores, rels, etc.).

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    2.- PROGRAMA ETAP

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    ETAP (Electrical Transient Analyzer Program) es un programa grfico de anlisis transitorio de sistemas elctricos de potencia, que

    permite desarrollar estudios de:

    - Flujo de Carga.

    - Cortocircuito.

    - Arranque de Motores.

    - Estabilidad Transitoria.

    - Coordinacin de Protecciones.

    - Capacidad Amperimtrica de Cables.

    Para los Estudios de Cortocircuito, ETAP analiza los efectos de las

    fallas trifsicas, monofsicas, bifsicas y bifsicas a tierra en sistema

    elctricos de potencia. El programa calcula las corrientes totales de

    cortocircuito as como la contribucin individual de los motores y

    generadores en el sistema. Los estudios son desarrollados bajo la

    ltima versin de las normas ANSI/IEEE e IEC.

    DESCRIPCIN

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    3.- NORMA ANSI/IEEE

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    PROGRAMA ETAP. NORMA ANSI/IEEE

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    NORMAS ANSI

    (AMERICAN NATIONAL STANDARDS INSTITUTE)

    ESTANDAR AO TITULO

    IEEE C37.04 1999 Standard Rating Structure for AC High-Voltage Circuit Breakers Rated

    on a Symmetrical Current Basis and Supplements.

    IEEE C37.010 1999 Standard Application Guide for AC High-Voltage Circuit Breakers

    Rated on a Symmetrical Current Basis and Supplements.

    IEEE C37.013 1997 Standard for AC High-Voltage Generator Circuit Breakers Rated on a

    Symmetrical Current Basis.

    IEEE C37.20.1 1993 Standard for Metal Enclosed Low-Voltage Power Circuit Breaker

    Switchgear.

    IEEE Std 141 1993 Electric Power Distribution for Industrial Plants the Red Book.

    IEEE Std 242 2001 IEEE Recommended Practice for Protection and Coordination of

    Industrial and Commercial Power Systems the Buff Book.

    IEEE Std 399 1997 Power System Analysis the Brown Book.

    UL 489_9 1996 Standard for Safety for Molded-Case Circuit Breakers, Molded-Case

    Switches, and Circuit-Breaker Enclosures.

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    METODOLOGA DE CLCULO

    Los niveles de cortocircuito segn la Norma ANSI/IEEE se calculan como sigue a continuacin: - Se coloca una fuente de tensin equivalente en el punto de falla, que es igual a la tensin pre-falla en ese punto, reemplazando todas las fuentes de tensin tanto externas como internas. - Todas las mquinas son representadas por su impedancia interna. - Las capacitancias de las lneas y las cargas estticas no se consideran.

    - Los TAPs de los transformadores se pueden seleccionar en su posicin nominal o en una determinada posicin, a fin de ajustar la impedancia de los transformadores.

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    PROGRAMA ETAP. NORMA ANSI/IEEE

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    METODOLOGA DE CLCULO (CONT.)

    - Cuando se asume que es una falla franca, no se considera la resistencia del arco. - Las impedancias del sistema se asumen que son trifsicas balanceadas.

    - Se utiliza el mtodo de las componentes simtricas para el clculo de las fallas desbalanceadas.

    - Se consideran tres redes de impedancias distintas a fin de calcular los niveles de cortocircuito momentneos, de interrupcin y de rgimen permanente, cuyos valores se comparan con las capacidades de diferentes equipos de proteccin. Estas redes son: Red de ciclo (red subtransitoria), red de 1.5-4 ciclos (red transitoria) y red de 30 ciclos (red de rgimen permanente).

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    METODOLOGA DE CLCULO (CONT.)

    - A fin de calcular el radio X/R, la Norma ANSI/IEEE recomienda

    el uso de redes separadas para R y X. Este valor usualmente

    es mayor que el calculado mediante una red de impedancias

    complejas (R+jX).

    - En la prctica, la Norma ANSI/IEEE considera la tensin pre-

    falla como la tensin nominal del sistema (1.0 pu como la

    tensin pre-falla para cada barra del sistema).

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    METODOLOGA DE CLCULO (CONT.)

    ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITO

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    SELECCIN DE OPCIONES PARA EL CLCULO

    DE LOS NIVELES DE CORTOCIRCUITO

    ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITO

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    SELECCIN DE OPCIONES PARA EL CLCULO

    DE LOS NIVELES DE CORTOCIRCUITO (CONT.)

    - Cable/OL Heater: Incluye la impedancia del

    alimentador del equipo y de la sobrecarga de los

    heaters para el clculo del nivel de cortocircuito.

    - Adjust Base kV: La tensin base de la barra se

    calcula a partir del rango de tensin del

    transformador y la seleccin del TAP.

    - Use Nominal Tap: La tensin base de la barra se

    calcula a partir del rango de tensin del

    transformador. No se ajusta la impedancia del

    transformador y no se toma en cuenta la

    seleccin del TAP.

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    SELECCIN DE OPCIONES PARA EL CLCULO

    DE LOS NIVELES DE CORTOCIRCUITO (CONT.)

    - Motor Status: Todos los motores en operacin

    continua e intermitente se consideran para el clculo del nivel de cortocircuito. No se

    consideran los motores en operacin spare.

    - Loading Category: Todos los motores con carga,

    en el loading category se consideran para el clculo del nivel de cortocircuito. No se

    consideran los motores con cero carga.

    - Both: No se consideran los motores en operacin

    spare ni los motores con cero carga en el loading category, para el clculo del nivel de cortocircuito.

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    SELECCIN DE OPCIONES PARA EL CLCULO

    DE LOS NIVELES DE CORTOCIRCUITO (CONT.)

    ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITO

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    SELECCIN DE OPCIONES PARA EL CLCULO

    DE LOS NIVELES DE CORTOCIRCUITO (CONT.)

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    SELECCIN DE OPCIONES PARA EL CLCULO

    DE LOS NIVELES DE CORTOCIRCUITO (CONT.)

    - Fixed Prefault Voltage: Permite especificar un

    mismo valor de tensin pre-falla para todas las

    barras del sistema, que puede estar en porcentaje

    de la tensin nominal o de la tensin base.

    - Variable Prefault Voltage: Utiliza la tensin pre-

    falla definida en el editor de cada una de las

    barras. Se puede correr un Flujo de Carga y

    actualizar estos valores de tensin.

    - Fixed: ETAP utiliza el mismo valor de X/R (Xd/Ra) para la red de ciclo y 1.5-4 ciclos.

    - Variable: ETAP utiliza X/R y la reactancia subtransitoria

    (Xd) para calcular la resistencia de armadura (Ra). Siendo Ra igual para la red de y 1.5-4 ciclos. La Norma ANSI/IEEE

    no considera X/R variable.

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    SELECCIN DE OPCIONES PARA EL CLCULO

    DE LOS NIVELES DE CORTOCIRCUITO (CONT.)

    - Nominal kV: Cuando se selecciona esta opcin,

    se asume que la tensin nominal de la barra donde

    est conectado el interruptor, es la tensin

    operativa.

    - Nominal kV&Vf: La tensin operativa del

    interruptor se calcula multiplicando la tensin pre-

    falla por la tensin nominal de la barra.

    Interrupting kA = (Rated Int. kA) * (Rated Max. kV) / (Bus Nominal kV)

    o

    Interrupting kA = (Rated Int. kA) * (Rated Max. kV) / (Bus Nominal kV *Vf)

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    3-Phase Faults Device Duty

    3-Phase Faults 30 Cycle Network

    LG, LL, LLG & 3-Phase Faults cycle

    LG, LL, LLG & 3-Phase Faults 1.5-4 cycle

    LG, LL, LLG & 3-Phase Faults 30 cycle

    Save Fault kA for PowerPlot

    Short-Circuit Display Options

    Alert View

    Short-Circuit Report Manager

    Halt Current Calculation

    Get Online Data

    Get Archived Data

    SELECCIN DE OPCIONES PARA EL CLCULO

    DE LOS NIVELES DE CORTOCIRCUITO (CONT.)

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    ENTRADA DE DATOS DE LOS EQUIPOS PARA EL

    CLCULO DE LOS NIVELES DE CORTOCIRCUITO

    EQUIPO CICLO 1.5-4 CICLOS 30 CICLOS

    Utility X X X

    Turbo generator Xd Xd Xd

    Hydro-generator with amortisseur winding Xd Xd Xd

    Hydro-generator without amortisseur winding 0.75 Xd 0.75 Xd Xd

    Condenser Xd Xd Infinity

    Synchronous motor Xd 1.5 Xd Infinity

    Induction Machine

    > 1000 HP @ 1800 rpm or less Xd 1.5 Xd Infinity

    > 250 HP @ 3600 rpm Xd 1.5 Xd Infinity

    All other 50 HP 1.2 Xd 3.0 Xd Infinity

    < 50 HP 1.67 Xd Infinity Infinity

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    UTILITY (POWER GRID DATA)

    Los datos que se requieren para los clculos de los niveles de

    cortocircuito para las utilities son:

    - Nominal kV.

    - %V and Angle.

    - 3-Phase MVAsc and X/R.

    Adicionalmente, para los niveles de cortocircuito desbalanceados se

    requiere:

    - Grounding types and parameters.

    - Single-Phase MVAsc and X/R.

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    UTILITY (CONT.)

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    GENERADOR

    Los datos que se requieren para los clculos de los niveles de

    cortocircuito para los generadores son:

    - Rated MW, kV and power factor.

    - Xd, Xd and X/R. - Generator type.

    - IEC exciter type.

    Adicionalmente, para los niveles de cortocircuito desbalanceados se

    requiere:

    - Grounding types and parameters.

    - X0 (Zero Sequence Impedance).

    - X2 (Negative Sequence Impedance).

    ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITO

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    GENERADOR (CONT.)

    ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITO

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    GENERADOR (CONT.)

    ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITO

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    GENERADOR (CONT.)

    ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITO

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    MOTOR SINCRNICO

    Los datos que se requieren para los clculos de los niveles de

    cortocircuito para los motores sincrnicos son:

    - Rated kW/HP and kV.

    - Xd and X/R. - % LRC, Xd, and Tdo for IEC short-circuit calculation.

    Adicionalmente, para los niveles de cortocircuito desbalanceados se

    requiere:

    - Grounding types and parameters.

    - X0 (Zero Sequence Impedance).

    - X2 (Negative Sequence Impedance).

    ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITO

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    MOTOR SINCRNICO (CONT.)

    ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITO

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    MOTOR SINCRNICO (CONT.)

    ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITO

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    MOTOR SINCRNICO (CONT.)

    ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITO

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    22/11/04

    Los datos que se requieren para los clculos de los niveles de

    cortocircuito para los motores de induccin son:

    - Rated kW/HP and kV, and the number of poles.

    - X/R and Xsc at cycle and 1.5-4 cycle if ANSI Short-Circuit

    Z option is set to Xsc, or %LRC if ANSI Short-Circuit Z

    option is set to Std MF.

    - %LRC, Xd, and Td for IEC short-circuit calculations.

    Adicionalmente, para los niveles de cortocircuito desbalanceados se

    requiere:

    - Grounding types and parameters.

    - X0 (Zero Sequence Impedance).

    - X2 (Negative Sequence Impedance).

    MOTOR DE INDUCCIN

    ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITO

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    MOTOR DE INDUCCIN (CONT.)

    ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITO

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    MOTOR DE INDUCCIN (CONT.)

    ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITO

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    CARGA AGRUPADA

    Los datos que se requieren para los clculos de los niveles de

    cortocircuito para las cargas agrupadas son:

    - MVA and kV, and %Motor Load.

    - X/R and Xsc at cycle and 1.5-4 cycle if ANSI Short-Circuit

    Z option is set to Xsc, or %LRC and Short-Circuit Contribution

    if ANSI Short-Circuit Z option is set to Std MF.

    - X, X, and Td for IEC short-circuit calculation.

    Adicionalmente, para los niveles de cortocircuito desbalanceados se

    requiere:

    - Grounding types and parameters.

    ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITO

    PROGRAMA ETAP. NORMA ANSI/IEEE

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    22/11/04

    CARGA AGRUPADA (CONT.)

    ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITO

    PROGRAMA ETAP. NORMA ANSI/IEEE

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    22/11/04

    CARGA AGRUPADA (CONT.)

    CONTRIBUCIN DE

    CORTOCIRCUITO

    BAJA TENSIN

    ( 600 V)

    ALTA TENSIN

    (> 600 V)

    High Large (100< HP < 250) Large (HP> 1000)

    Medium Medium (50 HP 100) Medium (250 HP 1000)

    Low Small (HP < 50) Small (HP < 250)

    ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITO

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    RAMAS

    Los datos que se requieren para los clculos de los niveles de

    cortocircuito para las ramas (transformadores, cables, reactores e

    impedancias) son:

    - Z, R, X, or X/R values and units, tolerance, and temperatures, if

    applicable.

    - Cable and transmission line length and unit.

    - Transformer rated kV and MVA.

    - Base kV and MVA of impedance branches.

    Adicionalmente, para los niveles de cortocircuito desbalanceados se

    requiere:

    - Grounding types and parameters.

    - Transformer winding connections.

    - X0 (Zero Sequence Impedance).

    ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITO

    PROGRAMA ETAP. NORMA ANSI/IEEE

  • Departamento de Estudios

    22/11/04

    TRANSFORMADOR

    ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITO

    PROGRAMA ETAP. NORMA ANSI/IEEE

  • Departamento de Estudios

    22/11/04

    TRANSFORMADOR (CONT.)

    ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITO

    PROGRAMA ETAP. NORMA ANSI/IEEE

  • Departamento de Estudios

    22/11/04

    TRANSFORMADOR (CONT.)

    ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITO

    PROGRAMA ETAP. NORMA ANSI/IEEE

  • Departamento de Estudios

    22/11/04

    CABLE

    ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITO

    PROGRAMA ETAP. NORMA ANSI/IEEE

  • Departamento de Estudios

    22/11/04

    CABLE (CONT.)

    ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITO

    PROGRAMA ETAP. NORMA ANSI/IEEE

  • Departamento de Estudios

    22/11/04

    REACTOR

    ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITO

    PROGRAMA ETAP. NORMA ANSI/IEEE

  • Departamento de Estudios

    22/11/04

    IMPEDANCIA

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    Un inversor es una fuente de tensin en un sistema AC. Cuando la

    barra donde est conectado este equipo falla, la contribucin

    mxima del inversor es igual a la corriente a plena carga (FLA) por

    la constante K. Si la barra fallada est alejada de este equipo, la

    contribucin del inversor decrece.

    Los datos que se requieren para los clculos de los niveles de

    cortocircuito para los inversores son:

    - Rated MW, kV, FLA and power factor.

    - K factor.

    INVERSOR

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    INVERSOR (CONT.)

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    CARGADORES Y UPS

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    Los Cargadores y UPS para anlisis AC con el ETAP, son

    considerados como cargas. Por lo cual no se incluyen para el

    clculo del cortocircuito.

    Los rectificadores de estos elementos bloquean la corriente que

    contribuye al cortocircuito.

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    ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITO

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    VARIADORES DE VELOCIDAD

    Los VFD se colocan en el ETAP, entre el motor y la barra del motor.

    Normalmente los rectificadores de estos elementos, bloquean la

    corriente de contribucin del motor al cortocircuito, pero el ETAP

    tiene la opcin de considerarla o no.

    Si no se selecciona la opcin, el ETAP no toma en cuenta la

    contribucin del motor con el VFD.

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    ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITO

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    VARIADORES DE VELOCIDAD (CONT.)

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    DISPOSITIVO CICLO 1.5-4 CICLOS 30 CICLOS

    HV circuit breaker Closing and latching capability Interrupting capability N/A

    LV circuit breaker Interrupting capability N/A N/A

    Fuse Interrupting capability N/A N/A

    Switchgear and MCC Bus bracing N/A N/A

    Relay Instantaneous settings N/A Overcurrent settings

    ENTRADA DE DATOS DE LOS DISPOSITIVOS DE PROTECCIN

    PARA LA VERIFICACIN DE LOS NIVELES DE CORTOCIRCUITO

    ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITO

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    INTERRUPTORES DE ALTA TENSIN

    Los datos que se requieren para los clculos de los niveles de

    cortocircuito para los interruptores de alta tensin son:

    - Max kV.

    - Rated Int. (Rated Interrupting Capability).

    - Max Int. (Maximum Interrupting Capability).

    - C&L rms (rms Value of Closing and Latching Capability).

    - C&L crest (Crest Value of Closing and Latching Capability).

    - Standard.

    - Cycle.

    ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITO

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    INTERRUPTORES DE ALTA TENSIN (CONT.)

    ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITO

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    INTERRUPTORES DE ALTA TENSIN (CONT.)

    ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITO

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    INTERRUPTORES DE BAJA TENSIN

    Los datos que se requieren para los clculos de los niveles de

    cortocircuito para los interruptores de baja tensin son:

    - Type (Power, Molded Case, or Insulated Case).

    - Rated kV.

    - Interrupting (Interrupting Capability).

    - Test PF.

    ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITO

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    INTERRUPTORES DE BAJA TENSIN (CONT.)

    ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITO

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    INTERRUPTORES DE BAJA TENSIN (CONT.)

    ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITO

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    FUSIBLE

    Los datos que se requieren para los clculos de los niveles de

    cortocircuito para los fusibles son:

    - Interrupting (Interrupting Capability).

    - Test PF.

    ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITO

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    FUSIBLE (CONT.)

    ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITO

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    FUSIBLE (CONT.)

    ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITO

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    BARRA

    Los datos que se requieren para los clculos de los niveles de

    cortocircuito para las barras son:

    - Nominal kV (when the prefault voltage option is set to use

    nominal kV).

    - %V (when the prefault voltage option is set to use bus voltage).

    - Type, such as MCC, switchgear, etc, and continuous and

    bracing ratings.

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    BARRA (CONT.)

    ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITO

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    CLCULO DE LA CORRIENTE DE CORTOCIRCUITO

    MOMENTNEA (1/2 CICLO) PARA LAS BARRAS

    Y LOS INTERRUPTORES DE ALTA TENSIN

    DISPOSITIVO CICLO 1.5-4 CICLOS 30 CICLOS

    HV circuit breaker Closing and latching capability Interrupting capability N/A

    LV circuit breaker Interrupting capability N/A N/A

    Fuse Interrupting capability N/A N/A

    Switchgear and MCC Bus bracing N/A N/A

    Relay Instantaneous settings N/A Overcurrent settings

    (*) C&L rms (Asymm. kA rms) = 1.6 * Max. Int. kA

    C&L Crest (Asymm. kA Crest) = 2.7 * Max. Int. kA

    DISPOSITIVO CAPACIDAD DEL

    DISPOSITIVO

    CORRIENTE DE

    CORTOCIRCUITO

    HV Bus Bracing

    (> 1000 V)

    Asymm. kA rms Asymm. kA rms

    Asymm. kA Crest Asymm. kA Crest

    LV Bus Bracing

    (

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    I mom, rms, asymm = MFm * I mom, rms, symm

    - 2*

    MFm = 1+2*e X/R

    I mom, peak = MFp * I mom, rms, symm

    I mom, rms, symm = Vpre-fault

    3 * Zeq

    -

    MFp = 2 (1+ e X/R )

    CLCULO DE LA CORRIENTE DE CORTOCIRCUITO

    MOMENTNEA (1/2 CICLO) PARA LAS BARRAS

    Y LOS INTERRUPTORES DE ALTA TENSIN (CONT.)

    1. Calcular:

    2. Calcular:

    3. Calcular:

    Donde:

    Donde:

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    SALIDA DEL PROGRAMA

    CORRIENTE DE CORTOCIRCUITO MOMENTNEA

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    CLCULO DE LA CORRIENTE DE CORTOCIRCUITO

    DE INTERRUPCIN (1/2 CICLO) PARA LOS INTERRUPTORES

    DE BAJA TENSIN Y LOS FUSIBLES

    DISPOSITIVO CICLO 1.5-4 CICLOS 30 CICLOS

    HV circuit breaker Closing and latching capability Interrupting capability N/A

    LV circuit breaker Interrupting capability N/A N/A

    Fuse Interrupting capability N/A N/A

    Switchgear and MCC Bus bracing N/A N/A

    Relay Instantaneous settings N/A Overcurrent settings

    DISPOSITIVO CAPACIDAD DEL

    DISPOSITIVO

    CORRIENTE DE

    CORTOCIRCUITO

    LV circuit breaker Rated Interrupting kA Adjusted kA

    Fuse Rated Interrupting kA Adjusted kA

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    CLCULO DE LA CORRIENTE DE CORTOCIRCUITO

    DE INTERRUPCIN (1/2 CICLO) PARA LOS INTERRUPTORES

    DE BAJA TENSIN Y LOS FUSIBLES (CONT.)

    I int, rms, symm = Vpre-fault

    3 * Zeq

    I int, rms, adj = MF * I int, rms, symm

    -

    MF 2 (1+ e X/R ) -

    2 (1+ e (X/R)test )

    For unfused power breakers

    - 2*

    MF 1+2*e X/R

    - 2*

    1+2*e (X/R)test

    For fused power breakers

    and molded cases

    Nota: Si MF es menor que 1, se fijar en 1, y la corriente de falla simtrica

    se comparar contra el rating simtrico del dispositivo de proteccin.

    1. Calcular:

    2. Calcular:

    Donde:

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    CLCULO DE LA CORRIENTE DE CORTOCIRCUITO

    DE INTERRUPCIN (1/2 CICLO) PARA LOS INTERRUPTORES

    DE BAJA TENSIN Y LOS FUSIBLES (CONT.)

    TIPO DE INTERRUPTOR %PF (X/R) test

    Power Breaker (Unfused) 15 6.59

    Power Breaker (Fused) 20 4.90

    Molded Case (Rated Over 20000 A) 20 4.90

    Molded Case (Rated 10001-20000 A) 30 3.18

    Molded Case (Rated 10000 A) 50 1.73

    Mximo Test PF para Interruptores de Baja Tensin

    (en caso de no disponer del valor del fabricante)

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    DISPOSITIVO CICLO 1.5-4 CICLOS 30 CICLOS

    HV circuit breaker Closing and latching capability Interrupting capability N/A

    LV circuit breaker Interrupting capability N/A N/A

    Fuse Interrupting capability N/A N/A

    Switchgear and MCC Bus bracing N/A N/A

    Relay Instantaneous settings N/A Overcurrent settings

    CLCULO DE LA CORRIENTE DE CORTOCIRCUITO

    DE INTERRUPCIN (1.5-4 CICLOS) PARA LOS

    INTERRUPTORES DE ALTA TENSIN

    DISPOSITIVO CAPACIDAD DEL

    DISPOSITIVO

    CORRIENTE DE

    CORTOCIRCUITO

    HV circuit breaker Interrupting kA (*) Adjusted kA

    (*) Interrupting kA = (Rated Int. kA) * (Rated Max. kV) / (Bus Nominal kV)

    o

    Interrupting kA = (Rated Int. kA) * (Rated Max. kV) / (Bus Nominal kV *Vf)

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    CLCULO DE LA CORRIENTE DE CORTOCIRCUITO

    DE INTERRUPCIN (1.5-4 CICLOS) PARA LOS

    INTERRUPTORES DE ALTA TENSIN (CONT.)

    I int, rms, symm = Vpre-fault

    3 * Zeq 1. Calcular:

    2. Calcular las corrientes de contribucin al cortocircuito en el

    punto de falla.

    3. Si la contribucin es de una barra remota, el valor simtrico

    se corrige por el siguiente factor:

    - 4* t

    MFr = 1+2*e X/R

    Donde t es el

    Contact Parting Time.

    CIRCUIT BREAKER

    RATING (CYCLES)

    CONTACT PARTING

    TIME (CYCLES)

    8 4

    5 3

    3 2

    2 1.5

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    CLCULO DE LA CORRIENTE DE CORTOCIRCUITO

    DE INTERRUPCIN (1.5-4 CICLOS) PARA LOS

    INTERRUPTORES DE ALTA TENSIN (CONT.)

    = MFr =

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    4. Si la contribucin es de un generador local, el valor simtrico se

    corrige por el factor MFl, el cual se obtiene de la Norma ANSI/IEEE

    C37.010 Application Guide for AC High-Voltage.

    CLCULO DE LA CORRIENTE DE CORTOCIRCUITO

    DE INTERRUPCIN (1.5-4 CICLOS) PARA LOS

    INTERRUPTORES DE ALTA TENSIN (CONT.)

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    CLCULO DE LA CORRIENTE DE CORTOCIRCUITO

    DE INTERRUPCIN (1.5-4 CICLOS) PARA LOS

    INTERRUPTORES DE ALTA TENSIN (CONT.)

    MFl = =

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    5. Calcular todas las contribuciones remotas y todas las

    contribuciones locales, para obtener el radio NACD (No AC Decay Ratio).

    NACD = Iremote

    Iremote + Ilocal

    6. Calcular: I int, rms, adj = AMFi * I int, rms, symm

    Donde: AMFi = MFl + NACD (MFr MFl)

    CLCULO DE LA CORRIENTE DE CORTOCIRCUITO

    DE INTERRUPCIN (1.5-4 CICLOS) PARA LOS

    INTERRUPTORES DE ALTA TENSIN (CONT.)

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    CIRCUIT BREAKER

    CONTACT PARTING TIME

    S

    4 1.0

    3 1.1

    2 1.2

    1.5 1.3

    CLCULO DE LA CORRIENTE DE CORTOCIRCUITO

    DE INTERRUPCIN (1.5-4 CICLOS) PARA LOS

    INTERRUPTORES DE ALTA TENSIN (CONT.)

    7. Para interruptores symmetrically rated, el valor de la corriente de cortocircuito se calcula como:

    I int, rms, adj = AMFi * I int, rms, symm

    S

    Donde:

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    CLCULO DE LA CORRIENTE DE CORTOCIRCUITO

    DE INTERRUPCIN (1.5-4 CICLOS) PARA LOS

    INTERRUPTORES DE ALTA TENSIN (CONT.)

    ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITO

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    CLCULO DE LA CORRIENTE DE CORTOCIRCUITO

    DE INTERRUPCIN (1.5-4 CICLOS) PARA LOS

    INTERRUPTORES DE ALTA TENSIN (CONT.)

    ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITO

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    SALIDA DEL PROGRAMA

    CORRIENTE DE CORTOCIRCUITO DE INTERRUPCIN

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    4.- NORMA IEC

    ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITO

    PROGRAMA ETAP

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    ESTNDAR AO TTULO

    IEC 56 1978 High voltage alternating-current circuit-breakers.

    IEC 282-1 1985 Fuses for voltages exceeding 1000 V ac.

    IEC 61363 1998 Electrical Installations of Ships and Mobile and Fixed Offshore Units.

    IEC 781 1989 Application guide for calculation of short-circuit currents in low voltage

    radial systems.

    IEC 909-1 1991 Short-circuit calculation in three-phase ac systems.

    IEC 909-2 1988 Electrical equipment data for short-circuit current calculations in accordance with IEC 909.

    IEC 947-1 1988 Low voltage switchgear and controlgear, Part 1: General rules.

    IEC 947-2 1989 Low voltage swithgear and controlgear, Part 2: Circuit-breakers.

    NORMAS IEC

    (INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION)

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    METODOLOGA DE CLCULO

    La Norma IEC clasifica las corrientes de cortocircuito de acuerdo a:

    - Su magnitud (mxima o mnima). Las corrientes mximas de

    cortocircuito determinan las capacidades de los dispositivos.

    Las corrientes mnimas se utilizan para el ajuste de los equipos

    de proteccin.

    - La distancia del generador al punto de falla (lejos o cerca).

    Cuando el generador se encuentra cerca del punto de falla, se

    modela el decaimiento de la componente AC en el clculo.

    Cuando el generador se encuentra lejos del punto de falla, no se

    modela el decaimiento de la componente AC en el clculo.

    ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITO

    PROGRAMA ETAP. NORMA IEC

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    METODOLOGA DE CLCULO (CONT.)

    ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITO

    PROGRAMA ETAP. NORMA IEC

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    METODOLOGA DE CLCULO (CONT.)

    ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITO

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    METODOLOGA DE CLCULO (CONT.)

    Los niveles de cortocircuito segn la Norma IEC se calculan como sigue a continuacin: - Se coloca una fuente de tensin equivalente en el punto de falla, que reemplaza todas las fuentes de tensin. - Se aplica un factor de tensin c para ajustar el valor de la fuente de tensin equivalente, a fin de calcular la corriente mxima y mnima. - Todas las mquinas son representadas por su impedancia interna. - Las capacitancias de las lneas y las cargas estticas se desprecian, excepto para el clculo de la secuencia cero.

    ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITO

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    METODOLOGA DE CLCULO (CONT.)

    - Los TAPs de los transformadores se asumen en su posicin nominal. - No se considera la resistencia del arco.

    - Las impedancias del sistema se asumen trifsicas balanceadas y se utiliza el mtodo de las componentes simtricas para el clculo de las fallas desbalanceadas.

    - Los clculos consideran la distancia elctrica desde el punto de falla hasta el generador sincrnico.

    - Para los generadores que se encuentran lejos del punto de falla, los clculos asumen que el valor en rgimen permanente de la corriente de cortocircuito es igual a la corriente de cortocircuito simtrica inicial. Para estos generadores se cumple: Ik = Ib = Ik

    ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITO

    PROGRAMA ETAP. NORMA IEC

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    METODOLOGA DE CLCULO (CONT.)

    - Para los generadores que se encuentran cerca del punto de falla, los clculos contemplan las componentes DC y AC. Slo la componente DC decae a cero. Para estos generadores se cumple: Ik < Ib < Ik

    - El radio equivalente X/R determina la tasa de decaimiento, y se recomiendan diferentes valores de impedancias para los generadores y motores cerca del punto de falla.

    - Se utiliza un factor k que al multiplicarlo por la corriente de cortocircuito simtrica inicial se obtiene la corriente de cortocircuito pico ip.

    - La contribucin de los motores de induccin se desprecia si:

    IrM 0.01*Ik Donde: IrM es la corriente nominal del motor

    ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITO

    PROGRAMA ETAP. NORMA IEC

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    SELECCIN DE OPCIONES PARA EL CLCULO

    DE LOS NIVELES DE CORTOCIRCUITO

    ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITO

    PROGRAMA ETAP. NORMA IEC

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    3-Phase Faults Device Duty (IEC 909)

    LG, LL, LLG & 3-Phase Faults (IEC 909)

    3-Phase Faults Transient Study (IEC 363)

    Save Fault kA for PowerPlot

    Short-Circuit Display Options

    View Alert

    Short-Circuit Report Manager

    Halt Current Calculation

    Get Online Data

    Get Archived Data

    SELECCIN DE OPCIONES PARA EL CLCULO

    DE LOS NIVELES DE CORTOCIRCUITO (CONT.)

    ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITO

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    ENTRADA DE DATOS DE LOS DISPOSITIVOS DE PROTECCIN

    PARA LA VERIFICACIN DE LOS NIVELES DE CORTOCIRCUITO

    ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITO

    PROGRAMA ETAP. NORMA IEC

    DISPOSITIVO CAPACIDAD DEL

    DISPOSITIVO

    CORRIENTE DE

    CORTOCIRCUITO

    MV circuit breaker Making ip

    AC Breaking Ib,symm

    Ib,asymm (*) Ib,asymm

    Idc (*)

    LV circuit breaker Making ip

    Breaking Ib,symm

    Ib,asymm (*) Ib,asymm

    Fuse Breaking Ib,asymm

    Ib,asymm (*) Ib,symm

    HV Bus (>1000 V) Bracing peak ip

    LV Bus (

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    INTERRUPTORES DE ALTA TENSIN

    Los datos que se requieren para los clculos de los niveles de

    cortocircuito para los interruptores de alta tensin son:

    - Rated kV.

    - Min. Delay (minimum delay time in second).

    - Making (peak current).

    - AC Breaking (rms ac breaking capability).

    ETAP calcula:

    Ib,asymm = Ib,symm * 1 + 2 * exp - 4 * * f * tmn X/R

    Idc = Ib,symm * 2 * exp - 2 * * f * tmn X/R

    ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITO

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    INTERRUPTORES DE ALTA TENSIN (CONT.)

    Donde:

    f Es la frecuencia del sistema.

    tmn Es el tiempo de decaimiento mnimo (Min. Delay).

    Ib,symm Es la corriente de interrupcin AC (AC Breaking).

    X/R IEC Standard 56, Figure 9. X/R se calcula basada en

    testing PF de 7% a 50 Hz.

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    INTERRUPTORES DE ALTA TENSIN (CONT.)

    ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITO

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    INTERRUPTORES DE ALTA TENSIN (CONT.)

    ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITO

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    ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITO

    PROGRAMA ETAP. NORMA IEC

    INTERRUPTORES DE BAJA TENSIN

    Los datos que se requieren para los clculos de los niveles de

    cortocircuito para los interruptores de baja tensin son:

    - Type (power, molded case, or insulated case).

    - Rated kV.

    - Min. Delay (minimum delay time in second).

    - Making (peak current).

    - Breaking (rms ac breaking capability).

    ETAP calcula:

    Ib,asymm = Ib,symm * 1 + 2 * exp - 4 * * f * tmn X/R

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    ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITO

    PROGRAMA ETAP. NORMA IEC

    INTERRUPTORES DE BAJA TENSIN (CONT.)

    Donde:

    f Es la frecuencia del sistema.

    tmn Es el tiempo de decaimiento mnimo (Min. Delay).

    Ib,symm Es la corriente de interrupcin (Breaking).

    X/R Se calcula basada en la IEC Standard 947-2, Table XI.

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    INTERRUPTORES DE BAJA TENSIN (CONT.)

    ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITO

    PROGRAMA ETAP. NORMA IEC

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    INTERRUPTORES DE BAJA TENSIN (CONT.)

    ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITO

    PROGRAMA ETAP. NORMA IEC

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    ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITO

    PROGRAMA ETAP. NORMA IEC

    FUSIBLE

    Los datos que se requieren para los clculos de los niveles de

    cortocircuito para los fusibles son:

    - Breaking (rms ac breaking capability).

    ETAP calcula:

    Ib,asymm = Ib,symm * 1 + 2 * exp - 4 * * f * tmn X/R

    Donde:

    f Es la frecuencia del sistema.

    tmn Se asume medio ciclo.

    Ib,symm Es la corriente de interrupcin (Breaking).

    X/R Se calcula basada en el testing PF de 15%.

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    ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITO

    PROGRAMA ETAP. NORMA IEC

    FUSIBLE (CONT.)

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    ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITO

    PROGRAMA ETAP. NORMA IEC

    FUSIBLE (CONT.)

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    ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITO

    PROGRAMA ETAP. NORMA IEC

    BARRA

    Los datos que se requieren para los clculos de los niveles de

    cortocircuito para las barras son:

    - Type, such as MCC, switchgear, etc, and continuos and bracing

    ratings.

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    ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITO

    PROGRAMA ETAP. NORMA IEC

    BARRA (CONT.)

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    ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITO

    PROGRAMA ETAP. NORMA IEC

    CLCULO DE LAS CORRIENTES DE CORTOCIRCUITO

    1. Corriente de Cortocircuito Simtrica Inicial (Ik) (Initial Symmetrical Short-Circuit Current):

    Ik = c * Un 3 * Zk Donde: Zk es la impedancia equivalente vista en el punto de falla.

    Tensin Nominal

    (Un)

    Factor de Tensin c

    Clculo de la corriente de

    cortocircuito mxima

    (cmx)

    Clculo de la corriente

    de cortocircuito mnima

    (cmn)

    Baja Tensin

    100 V hasta 1000 V

    a) 230 V / 400 V

    b) Otras tensiones

    1.00

    1.05

    0.95

    1.00

    Media Tensin (> 1 kV hasta 35 kV) 1.10 1.00

    Alta Tensin (> 35 kV hasta 230 kV) 1.10 1.00

    Tabla I, Norma IEC 909

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    ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITO

    PROGRAMA ETAP. NORMA IEC

    Las condiciones que deben cumplirse para calcular la corriente de

    cortocircuito mnima (Ikmn) son las siguientes:

    - Como factor c se coloca el valor de cmn de la Tabla anterior.

    - Se desprecia la contribucin de los motores.

    - La resistencia de las lneas se calculan a su temperatura mxima

    de operacin.

    CLCULO DE LAS CORRIENTES DE CORTOCIRCUITO (CONT.)

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    ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITO

    PROGRAMA ETAP. NORMA IEC

    CLCULO DE LAS CORRIENTES DE CORTOCIRCUITO (CONT.)

    2. Corriente de Cortocircuito Pico (ip)

    (Peak Short-Circuit Current):

    ip = 2 * k * Ik

    Donde: k es una funcin del radio R/X del sistema en el punto de

    falla. Se obtiene de la Figura 8.

    Para redes malladas, existen tres (3) mtodos para calcular el

    factor k:

    - Mtodo A: Radio R/X uniforme. Donde k = ka

    ka se obtiene de la Figura 8, tomando el valor ms

    pequeo de R/X de todas las ramas de la red.

    Solo se necesitan escoger las ramas que juntas lleven un

    80% de la corriente a tensin nominal en el punto de falla.

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    PROGRAMA ETAP. NORMA IEC

    CLCULO DE LAS CORRIENTES DE CORTOCIRCUITO (CONT.)

    Las ramas pueden ser una combinacin en serie de varios

    elementos.

    En redes de baja tensin el valor de ka se limita a 1.8.

    - Mtodo B: Radio R/X en el punto de falla. Donde k = 1.15*kb

    kb se obtiene de la Figura 8, tomando el valor de R/X que

    resulta de la impedancia de cortocircuito en el punto de falla

    (Zk).

    En redes de baja tensin el valor de k se limita a 1.8 y en redes

    de alta tensin a 2.

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    ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITO

    PROGRAMA ETAP. NORMA IEC

    - Mtodo C: Frecuencia equivalente. Donde k = kc

    kc se obtiene de la Figura 8, tomando el valor de R/X igual a:

    R = Rc * fc

    X Xc f

    Donde:

    Zc = Rc + j*2**fc*Lc, vista en el punto de falla fc = 20 Hz, para una frecuencia nominal de 50 Hz

    fc = 24 Hz, para una frecuencia nominal de 60 Hz

    CLCULO DE LAS CORRIENTES DE CORTOCIRCUITO (CONT.)

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    PROGRAMA ETAP. NORMA IEC

    CLCULO DE LAS CORRIENTES DE CORTOCIRCUITO (CONT.)

    El factor k tambin puede calcularse aproximadamente por la

    siguiente ecuacin:

    k 1.02 + 0.98 * exp (-3*R/X)

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    PROGRAMA ETAP. NORMA IEC

    CLCULO DE LAS CORRIENTES DE CORTOCIRCUITO (CONT.)

    3. Corriente de Interrupcin de Cortocircuito Simtrica (Ib,symm)

    (Symmetrical Short-Circuit Breaking Current):

    - Para generadores lejos del punto de falla:

    Ib = Ik

    - Para generadores cerca del punto de falla: Ib se obtiene por la

    combinacin de las contribuciones individuales de cada

    mquina.

    Ib = * Ik Para motores sincrnicos * q * Ik Para motores de induccin

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    PROGRAMA ETAP. NORMA IEC

    CLCULO DE LAS CORRIENTES DE CORTOCIRCUITO (CONT.)

    q = 1.03 + 0.12*ln m para tmn = 0.02 seg

    q = 0.79 + 0.12*ln m para tmn = 0.05 seg

    q = 0.57 + 0.12*ln m para tmn = 0.10 seg

    q = 0.26 + 0.10*ln m para tmn 0.25 seg

    Donde:

    m Es la potencia activa del motor por par de polos (MW).

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    CLCULO DE LAS CORRIENTES DE CORTOCIRCUITO (CONT.)

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    PROGRAMA ETAP. NORMA IEC

    CLCULO DE LAS CORRIENTES DE CORTOCIRCUITO (CONT.)

    = 0.84 + 0.26 * exp (-0.26*IkG/IrG) para tmn = 0.02 seg = 0.71 + 0.51 * exp (-0.30*IkG/IrG) para tmn = 0.05 seg = 0.62 + 0.72 * exp (-0.32*IkG/IrG) para tmn = 0.10 seg = 0.56 + 0.94 * exp (-0.38*IkG/IrG) para tmn 0.25 seg

    Donde:

    IkG Es la corriente de cortocircuito parcial en los terminales del generador.

    IrG Es la corriente nominal del generador.

    Para el caso de los motores de induccin, se reemplaza IkG/IrG por IkM/IrM.

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    PROGRAMA ETAP. NORMA IEC

    CLCULO DE LAS CORRIENTES DE CORTOCIRCUITO (CONT.)

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    ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITO

    PROGRAMA ETAP. NORMA IEC

    El valor de aplica en el caso donde los generadores de turbina a

    media tensin, los generadores a polo saliente y los

    compensadores sincrnicos son excitados por rotating exciters y por static converter exciters. Para todos los dems casos =1 si el valor no se conoce.

    4. Componente DC de la Corriente de Cortocircuito (Idc):

    Idc = Ik * 2 * exp - 2 * * f * tmn X/R

    Donde: tmn es el tiempo de decaimiento mnimo del equipo de

    proteccin.

    CLCULO DE LAS CORRIENTES DE CORTOCIRCUITO (CONT.)

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    PROGRAMA ETAP. NORMA IEC

    CLCULO DE LAS CORRIENTES DE CORTOCIRCUITO (CONT.)

    5. Corriente de Interrupcin de Cortocircuito Asimtrica (Ib,asymm)

    (Asymmetrical Short-Circuit Breaking Current):

    Ib,asymm = (Ib,symm)2 + (Idc)2

    Para fusibles: Ib,asymm = Corrientes asimtricas de todas las

    ramas del primer grado de cercana.

    6. Corriente de Cortocircuito de Rgimen Permanente (Ik)

    (Steady-State Short-Circuit Current):

    - Ik es una combinacin de las contribuciones de los generadores

    sincrnicos.

    - No hay contribucin de los motores de induccin.

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    ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITO

    PROGRAMA ETAP. NORMA IEC

    Ikmx = mx * IrG Este valor se utiliza para determinar la capacidad mnima del dispositivo.

    Ikmn = mn * IrG Este valor se utiliza para la coordinacin de los rels de proteccin.

    Donde:

    Es una funcin de la tensin de excitacin del generador y otros parmetros del generador.

    IrG Es la corriente nominal del generador.

    CLCULO DE LAS CORRIENTES DE CORTOCIRCUITO (CONT.)

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    PROGRAMA ETAP. NORMA IEC

    CLCULO DE LAS CORRIENTES DE CORTOCIRCUITO (CONT.)

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    PROGRAMA ETAP. NORMA IEC

    CLCULO DE LAS CORRIENTES DE CORTOCIRCUITO (CONT.)

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    PROGRAMA ETAP. NORMA IEC

    CLCULO DE LAS CORRIENTES DE CORTOCIRCUITO (CONT.)

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    ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITO

    PROGRAMA ETAP. NORMA IEC

    MODELACIN DE LA IMPEDANCIA DEL MOTOR DE INDUCCIN

    La impedancia del motor de induccin que se utiliza para la corriente de

    cortocircuito simtrica inicial (Ik) se calcula como: ZM = 1 * UrM = 1 * UrM^2

    ILR / IrM 3 * IrM ILR / IrM SrM

    Donde: UrM Es la tensin nominal del motor.

    IrM Es la corriente nominal del motor.

    ILR/IrM Es el radio entre la corriente a rotor bloqueado y la corriente

    nominal del motor.

    RM/XM= 0,10 con XM= 0,995*ZM Para motores de alta tensin 1 MW RM/XM= 0,15 con XM= 0,989*ZM Para motores de alta tensin < 1 MW

    RM/XM= 0,42 con XM= 0,922*ZM Para grupos de motores de baja

    tensin

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    ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITO

    PROGRAMA ETAP. NORMA IEC

    MODELACIN DE LA IMPEDANCIA DEL MOTOR SINCRNICO

    La impedancia del motor sincrnico que se utiliza para la corriente de

    cortocircuito simtrica inicial (Ik) se calcula, al igual que los generadores sincrnicos, como: ZGK = KG * ( RG + j*Xd )

    KG = Un * cmx

    UrG ( 1 + xd * sin rG ) Donde: Un Es la tensin nominal del sistema.

    UrG Es la tensin nominal de la mquina.

    cmx De acuerdo a la Tabla I.

    xd Es la reactancia subtransitoria de la mquina referida a la impedancia nominal (xd = Xd/ZrG). Valor saturado.

    rG Es el ngulo del factor de potencia de la mquina.

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    PROGRAMA ETAP. NORMA IEC

    MODELACIN DE LA IMPEDANCIA DEL MOTOR SINCRNICO (CONT.)

    RG= 0.05*Xd Para mquinas con UrG >1 kV y SrG 100 MVA RG= 0.07*Xd Para mquinas con UrG >1 kV y SrG < 100 MVA RG= 0.15*Xd Para mquinas con UrG 1 kV

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    ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITO

    PROGRAMA ETAP. NORMA IEC

    SALIDA DEL PROGRAMA

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    PROGRAMA ETAP

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    22/11/04

    5.- DIFERENCIAS ENTRE LA

    NORMA ANSI/IEEE Y LA IEC

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    PROGRAMA ETAP

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    22/11/04

    Las principales diferencias entre la Norma ANSI/IEEE y la IEC son:

    Diferencia #1:

    El mtodo de la Norma ANSI/IEEE utiliza una relacin X/R del sistema,

    que se obtiene a partir de redes separadas para X y para R en el punto

    de falla, para determinar el denominado factor multiplicador XR. Este factor se multiplica por la corriente simtrica inicial para obtener la

    corriente de interrupcin. Esta corriente se compara con la capacidad de

    interrupcin del breaker para determinar el margen disponible del

    interruptor.

    La Norma IEC no utiliza un factor multiplicador. El radio X/R se

    determina mediante una impedancia Thevenin en el punto de falla. La

    corriente de decaimiento DC se calcula basada en el tiempo de apertura

    del interruptor y del tiempo de operacin del rel.

    ANSI/IEEE VS. IEC

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    PROGRAMA ETAP

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    22/11/04

    La componente DC se suma a la corriente inicial para obtener la corriente de interrupcin. Esta corriente de interrupcin se compara con la capacidad de interrupcin del breaker. Diferencia #2: La modelacin del decaimiento AC en la Norma IEC depende de la localizacin de la falla y se cuantifica en funcin de la proximidad de las mquinas rotativas al punto de falla. La Norma ANSI/IEEE, por otro lado, recomienda la modelacin del decaimiento AC a lo amplio del sistema. Diferencia #3: En la Norma IEC, el clculo de la corriente de falla en rgimen permanente toma en cuenta el ajuste del sistema de excitacin de la mquina sincrnica.

    ANSI/IEEE VS. IEC (CONT.)

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    22/11/04

    6.- EJEMPLO

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    PROGRAMA ETAP. EJEMPLO

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    22/11/04

    M M

    G

    M

    69 kV

    13,8 kV 4,16 kV

    2,4 kV

    25 MVA

    500 MVA

    X/R = 22

    200 MVA

    Z = 8%

    X/R = 42

    2,5 MVA

    Z = 5,5%

    X/R = 10,67

    7,5 MVA

    Z = 6,75%

    X/R = 14,23

    12 MVA

    Z = 6,5%

    X/R = 18,6

    250 kVA

    Z = 4,8%

    X/R = 3,09

    1-3/C 500 MCM

    1500 ft

    (R = 0,0284 ohm/1000 ft,

    X = 0,0351 ohm/1000 ft)

    20 MVA

    Z = 6,5%

    X/R = 18,6

    10 MVA

    10 MVA

    Xd = 12% X/R = 48

    PF = 85%

    6000 HP

    5084,4 kVA

    4 kV

    Xd = 15,38% X/R = 35

    PF=93,11%

    1750 HP

    1474,12 kVA

    4 kV, 3600 rpm

    %LRC = 650

    X/R = 29,53

    150 HP

    131,89 kVA

    0,46 kV, 1800 rpm

    %LRC = 600

    X/R = 9,54

    4,16 kV 4,16 kV 0,48 kV

    ANSI/IEEE

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    PROGRAMA ETAP. EJEMPLO

    Departamento de Estudios

    22/11/04

    Zf = 100/500 = 0,2 pu

    X/R = 22

    Xf = 0,1998 pu

    +

    Xt = 0,0799*100/200

    = 0,0399 pu

    BASE = 100 MVA

    R = Z / sqrt (1+(X/R)^2)

    X = sqrt (Z^2-R^2)

    NORMA ANSI, RED DE 1/2 CICLO

    Xt = 0,0673*100/7,5

    = 0,8978 pu

    +

    Xm = 0,1538*100*4^2

    5,0844*4,16^2

    = 2,7967 pu

    Xt = 0,0547*100/2,5

    = 2,1904 pu

    +

    Xm = (1/6,5)*100*4^2

    1,47412*4,16^2

    = 9,6491 pu

    Xt = 0,0649*100/12

    = 0,5408 pu

    +

    Xl = 0,0351*1,5*100/13,8^2

    = 0,0276 pu

    Xt = 0,0457*100/0,25

    = 18,2672 pu

    +

    Xm = 1,2*(1/6)*100*0,46^2

    0,13189*0,48^2

    = 139,2680 pu

    Xg = 0,12*100/10

    = 1,2 pu

    +

    Xt = 0,0649*100/20

    = 0,3245 pu

    X X F1 F2

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    PROGRAMA ETAP. EJEMPLO

    Departamento de Estudios

    22/11/04

    Rf = 0,1998/22

    = 0,00908 pu

    +

    Rt = 0,0399/42

    = 0,00095 pu

    Rt = 0,8978/14,23

    = 0,06309 pu

    +

    Rm = 2,7967/35

    = 0,0799 pu

    Rt = 2,1904/10,67

    = 0,20529 pu

    +

    Rm = 9,6491/29,53

    = 0,3268 pu

    Rt = 0,5408/18,6

    = 0,02908 pu

    +

    Rl = 0,0284*1,5*100/13,8^2

    = 0,02237 pu

    Rt = 18,2672/3,09

    = 5,91172 pu

    +

    Rm =139,2680/9,54

    = 14,5983 pu

    Rg = 1,2/48

    = 0,025 pu

    +

    Rt = 0,3245/18,6

    = 0,01745 pu

    X X F1 F2

    NORMA ANSI, RED DE 1/2 CICLO (CONT.)

  • ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITO

    PROGRAMA ETAP. EJEMPLO

    Departamento de Estudios

    22/11/04

    NORMA ANSI, RED DE 1/2 CICLO (CONT.)

    F1 Falla en la barra de 13,8 kV

    Xeq = 0,1997 pu

    Req = 0,0084 pu

    X/R = 23,8

    I mom, rms, symm = 1 * 100 MVA = 20,95 kA

    0,1997 * sqrt(3) * 13,8 kV

    MFm = sqrt(1+2*exp (-2*/23,8)) = 1,592

    I mom, rms, asymm = 1,592 * 20,95 = 33,35 kA

    MFp = sqrt(2)*(1+exp(-/23,8)) = 2,653

    I mom, peak = 2,653 * 20,95 = 55,58 kA

  • ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITO

    PROGRAMA ETAP. EJEMPLO

    Departamento de Estudios

    22/11/04

    NORMA ANSI, RED DE 1/2 CICLO (CONT.)

    F2 Falla en la barra de 4,16 kV

    Xeq = 0,5184 pu

    Req = 0,0249 pu

    X/R = 20,8

    I mom, rms, symm = 1 * 100 MVA = 26,77 kA

    0,5184 * sqrt(3) * 4,16 kV

    MFm = sqrt(1+2*exp (-2*/20,8)) = 1,574

    I mom, rms, asymm = 1,574 * 26,77 = 42,14 kA

    MFp = sqrt(2)*(1+exp(-/20,8)) = 2,63

    I mom, peak = 2,63 * 26,77 = 70,41 kA

  • ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITO

    PROGRAMA ETAP. EJEMPLO

    Departamento de Estudios

    22/11/04

    NORMA ANSI, RED DE 1/2 CICLO (CONT.)

  • ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITO

    PROGRAMA ETAP. EJEMPLO

    Departamento de Estudios

    22/11/04

    Zf = 100/500 = 0,2 pu

    X/R = 22

    Xf = 0,1998 pu

    +

    Xt = 0,0799*100/200

    = 0,0399 pu

    Xt = 0,0673*100/7,5

    = 0,8978 pu

    +

    Xm = 1,5*0,1538*100*4^2

    5,0844*4,16^2

    = 4,1951 pu

    Xt = 0,0547*100/2,5

    = 2,1904 pu

    +

    Xm = 1,5*(1/6,5)*100*4^2

    1,47412*4,16^2

    = 14,4737 pu

    Xt = 0,0649*100/12

    = 0,5408 pu

    +

    Xl = 0,0351*1,5*100/13,8^2

    = 0,0276 pu

    Xt = 0,0457*100/0,25

    = 18,2672 pu

    +

    Xm = 3*(1/6)*100*0,46^2

    0,13189*0,48^2

    = 348,17 pu

    Xg = 0,12*100/10

    = 1,2 pu

    +

    Xt = 0,0649*100/20

    = 0,3245 pu

    X X F1 F2

    NORMA ANSI, RED DE 1,5 4 CICLOS

    17,433 kA

    0,821 kA 0,251 kA 2,003 kA

    9,1 kA

    17,419 kA 0,038 kA

  • ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITO

    PROGRAMA ETAP. EJEMPLO

    Departamento de Estudios

    22/11/04

    NORMA ANSI, RED DE 1,5 4 CICLOS (CONT.)

    F1 Falla en la barra de 13,8 kV

    Xeq = 0,2038 pu

    Req = 0,0085 pu

    X/R = 23,8

    I int, rms, symm = 1 * 100 MVA = 20,52 kA

    0,2038 * sqrt(3) * 13,8 kV

  • ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITO

    PROGRAMA ETAP. EJEMPLO

    Departamento de Estudios

    22/11/04

    NORMA ANSI, RED DE 1,5 4 CICLOS (CONT.)

    F1 Falla en la barra de 13,8 kV

    X/R Interruptor

    de Alta

    Factor Multiplicador

    Local Remoto

    23,8 SYM 5 1,099 1,188

    MFr = sqrt(1+2*exp(-4**3/23,8)) = 1,188

    NACD = 17,433/(17,433+2,003+0,821+0,251) = 0,85

    AMFi = (1,099+0,85*(1,188-1,099))/1,1 = 1,07

    I int, rms, adj = 1,07 * 20,52 = 21,96 kA * (excede la capacidad

    del interruptor)

    Interrupting kA = 19,3*15/13,8 = 20,98 kA

  • ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITO

    PROGRAMA ETAP. EJEMPLO

    Departamento de Estudios

    22/11/04

    NORMA ANSI, RED DE 1,5 4 CICLOS (CONT.)

  • ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITO

    PROGRAMA ETAP. EJEMPLO

    Departamento de Estudios

    22/11/04

    M M

    G

    M

    69 kV

    13,8 kV 4,16 kV

    2,4 kV

    25 MVA

    500 MVA

    X/R = 22

    200 MVA

    Z = 8%

    X/R = 42

    2,5 MVA

    Z = 5,5%

    X/R = 10,67

    7,5 MVA

    Z = 6,75%

    X/R = 14,23

    12 MVA

    Z = 6,5%

    X/R = 18,6

    250 kVA

    Z = 4,8%

    X/R = 3,09

    1-3/C 500 MCM

    1500 ft

    (R = 0,0284 ohm/1000 ft,

    X = 0,0351 ohm/1000 ft)

    20 MVA

    Z = 6,5%

    X/R = 18,6

    10 MVA

    10 MVA

    Xd = 12% X/R = 48

    FP = 85%

    6000 HP

    5084,4 kVA

    4 kV

    Xd = 15,38% X/R = 35

    PF=93,11%

    1750 HP

    1474,12 kVA

    4 kV, 3600 rpm

    %LRC = 650

    X/R = 29,53

    150 HP

    131,89 kVA

    0,46 kV, 1800 rpm

    %LRC = 600

    X/R = 9,54

    4,16 kV 4,16 kV 0,48 kV

    IEC

  • ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITO

    PROGRAMA ETAP. EJEMPLO

    Departamento de Estudios

    22/11/04

    NORMA IEC

    Xf = 0,1998 pu

    +

    Xt = 0,0399 pu

    Xt1 = 0,8978 pu

    +

    Xm1

    Xt2 = 2,1904 pu

    +

    Xm2

    Xt = 0,5408 pu

    +

    Xl = 0,0276 pu

    Xt3 = 18,2672 pu

    +

    Xm3

    Xg

    +

    Xt = 0,3245 pu

    X F1

    1

    4

    2 3

  • ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITO

    PROGRAMA ETAP. EJEMPLO

    Departamento de Estudios

    22/11/04

    NORMA IEC (CONT.)

    F1 Falla en la barra de 13,8 kV

    Capacidad del Interruptor:

    Making = 40 kA

    Ib, sym = 16 kA

    Idc = 16*sqrt(2)*exp(-2**60*0,052/14,25) = 5,718 kA Ib, asym = 16,991 kA

  • ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITO

    PROGRAMA ETAP. EJEMPLO

    Departamento de Estudios

    22/11/04

    Xm1 = KM * Xd

    Xd = 0,1538*4^2/5,0844 = 0,484 ohm

    KM = (4,16/4)*1,1/(1+0,1538*0,3648) = 1,083

    Xm1 = 1,083 * 0,484 = 0,5242 ohm

    Xm1 = 0,5242*(13,8^2/4,16^2) = 5,7686 ohm

    Xt1 = 0,8978*13,8^2/100 = 1,7098 ohm

    Ik = c*Un/(sqrt(3)*Xm1t1) = 1,1*13,8/(sqrt(3)*7,4784)

    Ik = 1,17 kA

    X/R = 26,2 k = 1,894 ip = sqrt(2) * k * Ik = sqrt (2) * 1,894 * 1,17 ip = 3,13 kA

    NORMA IEC (CONT.)

    F1 Contribucin 1

  • ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITO

    PROGRAMA ETAP. EJEMPLO

    Departamento de Estudios

    22/11/04

    Ib = * Ik tmn = 0,05 seg

    = 0,71 + 0,51*exp(-0,30*1,17/0,73) = 1,025

    Ib = 1,025 * 1,17

    Ib = 1,20 kA

    NORMA IEC (CONT.)

    F1 Contribucin 1

  • ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITO

    PROGRAMA ETAP. EJEMPLO

    Departamento de Estudios

    22/11/04

    NORMA IEC (CONT.)

    Zm2 = UrM^2/((ILR/IrM)*SrM) = 4^2/(6,5*1,47412) = 1,6698 ohm

    Xm2 = 0,989*Zm2 = 1,6514 ohm

    Xm2 = 1,6514* (13,8^2/4,16^2) = 18,1729 ohm

    Xt2 = 2,1904*13,8^2/100 = 4,1714 ohm

    Ik = c*Un/(sqrt(3)*Xm2t2) = 1,1*13,8/(sqrt(3)*22,34) Ik = 0,39 kA

    X/R = 7,9 k = 1,690 ip = sqrt(2) * k * Ik = sqrt (2) * 1,690 * 0,39 ip = 0,93 kA

    2 F1 Contribucin

  • ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITO

    PROGRAMA ETAP. EJEMPLO

    Departamento de Estudios

    22/11/04

    NORMA IEC (CONT.)

    Ib = * q * Ik tmn = 0,05 seg

    = 0,71 + 0,51*exp(-0,30*0,39/0,21) = 1,002

    q = 0,79 + 0,12*ln 1,306 = 0,822

    Ib = 1,002 * 0,822 * 0,39

    Ib = 0,32 kA

    2 F1 Contribucin

  • ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITO

    PROGRAMA ETAP. EJEMPLO

    Departamento de Estudios

    22/11/04

    NORMA IEC (CONT.)

    Zm3 = UrM^2/((ILR/IrM)*SrM) = 0,46^2/(6*0,132) = 0,267 ohm

    Xm3 = 0,922*Zm2 = 0,246 ohm

    Xm3 = 0,246* (13,8^2/0,48^2) = 203,33 ohm

    Xt3 = 18,2672*13,8^2/100 = 34,79 ohm

    3

    Xg = KG * Xd

    Xd = 0,12*2,4^2/10 = 0,069 ohm

    KG = (2,4/2,4)*1,1/(1+0,12*0,5268) = 1,035

    Xg = 1,035 * 0,069 = 0,0714 ohm

    Xg = 0,0714*(13,8^2/2,4^2) = 2,36 ohm

    Xt = 0,3245*13,8^2/100 = 0,618 ohm

    F1 Contribucin

  • ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITO

    PROGRAMA ETAP. EJEMPLO

    Departamento de Estudios

    22/11/04

    NORMA IEC (CONT.)

    Xtl = Xt + Xl = (0,5408 + 0,0276)*13,8^2/100 = 1,082 ohm

    X3 = (Xm3+Xt3)//(Xg+Xt) + Xtl = 238,12//2,978 + 1,082 = 4,023 ohm

    Ik = c*Un/(sqrt(3)*X3) = 1,1*13,8/(sqrt(3)*4,023) Ik = 2,18 kA

    X/R = 21,5 k = 1,872 ip = sqrt(2) * k * Ik = sqrt (2) * 1,872 * 2,18 ip = 5,77 kA

    Ib = 1,58 kA

    3 F1 Contribucin

  • ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITO

    PROGRAMA ETAP. EJEMPLO

    Departamento de Estudios

    22/11/04

    NORMA IEC (CONT.)

    Xf = 1,1*0,1998*13,8^2/100 = 0,4185 ohm

    Xt = 0,0399*13,8^2/100 = 0,0760 ohm

    Ik = c*Un/(sqrt(3)*Xft) = 1,1*13,8/(sqrt(3)*0,4945) Ik = 17,72 kA

    X/R = 23,7 k = 1,883 ip = sqrt(2) * k * Ik = sqrt (2) * 1,883 * 17,72 ip = 47,19 kA

    Ib = Ik Ib = 17,72 kA

    F1 Contribucin 4

  • ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITO

    PROGRAMA ETAP. EJEMPLO

    Departamento de Estudios

    22/11/04

    NORMA IEC (CONT.)

    F1 Falla en la barra de 13,8 kV

    Ik = Ik = 21,46 kA

    ip = ip = 57,02 kA *

    Ib, sym = Ib = 20,82 kA *

    Idc = 21,46 * sqrt(2) * exp ((-2**60*0,052)/22,8) = 12,85 kA *

    Ib, asym = sqrt(12,85^2+20,82^2) = 24,47 kA *

    * Excede la capacidad del interruptor.

  • ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITO

    PROGRAMA ETAP. EJEMPLO

    Departamento de Estudios

    22/11/04

    NORMA IEC (CONT.)

  • ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITO

    PROGRAMA ETAP. EJEMPLO

    Departamento de Estudios

    22/11/04

    NORMA IEC (CONT.)