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Estudio de Corto Circuito - Ejemplo Práctico

I. INTRODUCCIÓN

El corto circuito es una falla que se presenta en una instalación y que demanda una corriente excesiva denominada corriente de corto circuito en el punto de ocurrencia. La falla puede ser de los siguientes tipos:

El estudio de corto circuito tiene fundamentalmente dos objetivos:

1. Calculo de esfuerzos dinámicos y térmicos producidos por las corrientes de

falla, necesarios al dimensionar una instalación o equipo.

2. Ajustar adecuadamente las protecciones del sistema.

Los dispositivos de protección son necesarios en los sistemas eléctricos para

mantener el grado de confiabilidad del servicio en un nivel aceptable.

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II. EJEMPLO PRÁCTICO

A continuación, se describe el procedimiento para realizar un estudio decorto circuito en un centro de carga real, con el fin de entender losconceptos de corto circuito y tener una idea clara de cómo se realiza dichoestudio.

El método utilizado es el método de las impedancias o equivalente deThévenin en base a las Normas ANSI/IEEE C37.13

El estudio de corto circuito se realizó en un centro de carga (Hotel),localizado en San Luis Potosí.

Los pasos a seguir para hacer el estudio de corto circuito son lossiguientes:

A. Levantamiento de cargas y elaboración de diagrama unifilar.B. Localización de la zona donde se encuentre el centro de carga para

determinar la potencia de corto circuito proporcionada por CFE.C. Realizar el cálculo de la corriente de corto circuito trifásica en el punto

de acometida por el método elegido.

A. Levantamiento de cargas y elaboración de diagrama unifilar.

Se realizó el levantamiento de cargas del hotel y se realizó el diagrama unifilar, que servirá como base para el cálculo de la corriente de corto circuito. El diagrama unifilar se muestra a continuación.

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B. Localización de zona donde se encuentre el centro de carga paradeterminar la potencia de corto circuito proporcionada por CFE.

Vamos a la tabla “Niveles de corto circuito de media tensión en las RGD, correspondientes al año 2020” Publicada por CFE Distribución para obtener los valores de corriente de corto circuito y la relación X/R de la zona que corresponde. Buscamos la Zona San Luis Potosí.

C. Realizar el cálculo de la corriente de corto circuito trifásica en el punto deacometida por el método elegido.

Para realizar el cálculo de la corriente de corto circuito se consideran básicamente dos tipos de elementos en la red: Las fuentes (elementos activos) y los elementos pasivos. Son fuentes de corto circuito aquellos elementos que suministran corriente al punto de falla, que en general se puede decir, que son todas las máquinas rotatorias, es decir:

Alternadores

Condensadores síncronos

Motores síncronos

Motores de inducción

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Son elementos pasivos las impedancias de los elementos del sistema que intervienen con el punto de falla, incluyendo la de las propias máquinas rotatorias.

En la norma ANSI/IEEE C37.13 se establece que solo los motores arriba de 50 HP se consideran como fuentes de corto circuito, por lo tanto, en este centro de carga no tendremos aportación por parte de los motores instalados. Solo tendremos una fuente de corto circuito que es el suministrador (CFE).

Para realizar el cálculo de corto circuito por el método de las impedancias se siguen los siguientes pasos:

1. Representar el sistema eléctrico bajo estudio únicamente con los elementosactivos o pasivos.

El diagrama quedara de la siguiente manera:

La X en la barra representa el punto de falla.

2. Se obtienen los datos de placa de datos de los equipos y los datos delsuministrador de energía (CFE) que se obtienen de la tabla del inciso B.

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Datos del suministrador (EqThe):

3F, 4H 60 Hz 23 kV Como no se conoce con exactitud que subestación corresponde a este centro de carga, se supone un valor dentro del rango de corto circuito máximo trifásico de 6 kA y una relación X/R de 15% Con estos datos se calcula la Potencia de corto circuito con la siguiente formula: Scc= √3*VL*Icc Scc= √3*23kV*6kA = 24MVA

Datos del transformador:

Delta/Estrella aterrizada 23kV /220-127 v STR=225 kVA XTR=3.8%

3. Se convierten los valores de las impedancias de los equipos y delsuministrador en Por Unidad (p.u) referidas a una potencia base de 24MVA.

XThep.u.= (XThe%/100)(Sbase/Scc)XThep.u.= (15%/100)(24MVA/24MVA) = 0.15 P.U.

XTRp.u.= (XTR%/100)(Sbase/STR)XTRp.u.=(3.8%/100)(24000kVA/225KVA) = 4.05 P.U.

4. Se representa el circuito obtenido en el punto 1 en forma de impedanciasquedando de la siguiente manera:

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5. Se realiza la reduccion o circuito equivalente sumando en serie y paralelorespectivamente.

Calculando la reactancia equivalente tenemos que: XToT= Xthe+XTR XToT= 0.15 + 4.05 = 4.20 p.u.

6. Se realiza el cálculo del corto circuito trifásico utilizando las formulascorrespondientes:

Calculando la corriente base: IB= Sbase / √3*kV IB= 24000kVA / √3*0.22kv = 62,983.66 A

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Calculando la corriente de corto circuito trifásica en p.u. Iccp.u.= 1/XToT Iccp.u. = 1/4.20 = 0.238 p.u.

Calculando la corriente de corto circuito trifásica en amperes Icc = Iccp.u x IB Icc= 0.238 * 62,983.66 = 14,990.0 Amp

= 14.99 kAmp