Datos de cortocircuito de servicios públicos: diferentes formatos

Código Eléctrico Nacional 110.9 Interrupciones de las calificaciones establece que:

Los equipos destinados a interrumpir la corriente en niveles de falla deberán tener una capacidad de interrupción a la tensión nominal del circuito al menos igual a la corriente disponible en los terminales de línea del equipo.

Para cumplir con este requisito, normalmente se realizan estudios de cortocircuito para determinar la corriente de falla disponible y compararla con la capacidad de interrupción de los dispositivos de protección. Los resultados de un estudio de cortocircuito también son un componente fundamental para otros estudios, como un estudio de arco eléctrico. Solicitar los datos de cortocircuito disponibles a la empresa de servicios públicos de electricidad debe ser una de las primeras tareas al realizar el estudio. Esta información es muy importante porque define la magnitud de la corriente que podría fluir desde la empresa de servicios públicos y se utiliza como punto de partida para los cálculos de arco eléctrico.

Además de solicitar estos datos para condiciones normales de funcionamiento, para un estudio de arco eléctrico, la solicitud también debe incluir las condiciones mínimas de corriente de cortocircuito, si están disponibles. La condición mínima podría ser la de un transformador de servicios públicos o una línea de transmisión fuera de servicio o una situación similar. El valor mínimo puede utilizarse entonces para determinar si la corriente más baja podría provocar que un dispositivo de protección funcione más lentamente, lo que puede aumentar la energía incidente total durante un arco eléctrico.

Como en el pasado estuve a cargo del grupo de estudios de cortocircuitos de una gran empresa eléctrica, la precisión de los resultados depende de la precisión de los datos y de la configuración del sistema en ese momento (que puede parecer un objetivo en movimiento). La corriente de cortocircuito disponible también puede cambiar con el tiempo. Nuevas subestaciones, líneas de transmisión y distribución y otras mejoras del sistema pueden servir para aumentar la corriente de cortocircuito para un área determinada, por lo que es importante revisar estos datos periódicamente.

No hay formato estándar: ¿y ahora qué?

No existe un formato “estándar” para los datos de cortocircuito de una empresa de servicios eléctricos. Las distintas empresas de servicios públicos pueden proporcionar estos datos en distintos formatos. Algunos de los formatos más comunes son:

Amperios de cortocircuito (A)
Megavoltiamperios de cortocircuito (MVA)
Componentes por unidad y simétricos

Por supuesto, con múltiples formatos, puede haber confusión (y a menudo ocurre). Compararé los diferentes formatos utilizando una corriente de cortocircuito trifásica de 6000 A en el nivel de 23 kilovoltios (kV). Dado que los cálculos de arco eléctrico se basan en un modelo trifásico, solo se utilizan los cálculos de cortocircuito trifásico. Algunos de los valores están ligeramente redondeados.

Formato de amperios de cortocircuito

Este es el formato más simple porque define la corriente de cortocircuito en términos de amperios en una ubicación específica. A modo de ejemplo, la empresa de servicios públicos ha proporcionado la siguiente información:

Amperios de cortocircuito _trifásico = 6.000 A
Voltaje = 23 kV _{línea a línea}

Como los datos ya están en amperios, no son necesarios cálculos adicionales.

Formato MVA de cortocircuito

Muchas empresas de servicios eléctricos suelen proporcionar datos de cortocircuito en términos de MVA de cortocircuito. Este formato combina la corriente de cortocircuito con el voltaje y la raíz cuadrada de 3 (para una representación trifásica) para proporcionar los datos en términos de potencia de cortocircuito. A continuación se muestra un ejemplo del formato MVA.

Cortocircuito trifásico
MVA = 240 MVA
Voltaje = 23 kV _{línea a línea}

Para convertir MVA de cortocircuito trifásico a corriente de cortocircuito en amperios, utilice las siguientes ecuaciones:

Amperios de cortocircuito = [MVA x 1000] / [kV _{línea a línea} x la raíz cuadrada de 3]
donde 1.000 es la conversión de MVA a kVA
Amperios de cortocircuito = [240 MVA x 1.000] / [23 kV _{línea a línea} [x1.732]
Amperios de cortocircuito = 6000 A

Formato de componentes por unidad y simétricos

El formato de componente por unidad y simétrico puede parecer el más complejo de todos. El término "por unidad" es simplemente el equivalente decimal de porcentaje, es decir, 50 por ciento es igual a 0,5 por unidad. En general, el método por unidad toma cada cantidad eléctrica y la escala por un valor de referencia conocido como cantidad base. La empresa de servicios públicos deriva los valores base de dos números: el

MVA _base y kV _base.

Los componentes simétricos son un método que se utiliza para resolver problemas complejos de sistemas de potencia desequilibrados. Términos como secuencia positiva, cero y negativa forman parte del vocabulario de este método y, aunque la teoría real puede ser bastante compleja, calcular la corriente de cortocircuito utilizando este enfoque no es tan difícil.

El siguiente ejemplo ilustra datos de cortocircuito utilizando el sistema por unidad y componentes simétricos:

MVA _base = 100 MVA
kilovoltios _base = 23 kV _{línea a línea}
O₁ = 0,418 pu

O₁ Se denomina impedancia de secuencia positiva y representa la impedancia equivalente de la red eléctrica en este caso. Cien MVA y 23 kV son la potencia y el voltaje base que se utilizan para determinar los “valores base” necesarios para los cálculos.

Para la corriente de cortocircuito trifásica, solo se necesitan tres pasos para convertir los valores de los componentes por unidad y simétricos a corriente de cortocircuito en amperios:

Paso 1: Calcular la corriente base (I _base) utilizando la siguiente ecuación:

I _base= [MVA _base 1.000] / [kV _base x la raíz cuadrada de 3]
= [100 MVA x 1.000] / [23 kV x la raíz cuadrada de 3]
= 2,510 A

Paso 2: Calcule la corriente de cortocircuito trifásica por unidad (I pu) con la siguiente ecuación:

I _pu = V _pu / Y₁

V _pu En la ecuación anterior se indica el voltaje por unidad. En ausencia de un voltaje por unidad, que es lo que suele suceder, es común suponer que es 1,0 pu. Esto significa que el voltaje real es el 100 por ciento del voltaje base, por lo que para este ejemplo:

V _pu = 1.0
I _pu = 1.0 / 0.418 = 2.39 _pu

Paso 3: Convierta la corriente de cortocircuito por unidad a amperios con la siguiente ecuación:
I _amperios= yo _pu I _base
= 2.39 _pu 2.510A
= 6.000 A

Diferentes métodos = mismos resultados
Aunque los tres métodos parecen bastante diferentes entre sí y algunos son más complicados, todos producen el mismo resultado, que puede utilizarse como punto de partida para los cálculos de arco eléctrico.

Para obtener más información sobre cómo realizar cálculos de cortocircuito, consulte nuestro conjunto de 4 DVD:

Cómo realizar cálculos de cortocircuito

También puedes consultar (y suscribirte a) nuestro canal de YouTube para obtener más instrucciones en video sobre componentes por unidad y simétricos.

Acerca de Jim Phillips: Programas de capacitación sobre energía eléctrica y arco eléctrico: durante más de 30 años, Jim Phillips ha ayudado a decenas de miles de personas en todo el mundo a comprender el diseño, el análisis, el arco eléctrico y la seguridad eléctrica de los sistemas de energía eléctrica.

Jim es vicepresidente de IEEE 1584, presidente internacional de IEC TC78 Live Working y miembro del comité directivo del proyecto de investigación colaborativa sobre arcos eléctricos IEEE/NFPA. Se ha ganado la reputación de ser uno de los mejores formadores en la industria de la energía eléctrica.  Más información

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