3.4.2.- Generador sincrónico.
3.4.3.- Motores y condensadores sincrónicos.
3.4.4.- Motores de inducción.
Para evaluar la corriente de cortocircuito de un sistema de potencia es necesario identificar los diferentes equipos que van a contribuir a la corriente de falla. Al producirse un cortocircuito, las corrientes de frecuencia fundamental que circulan por el sistema de distribución, provienen del sistema de transmisión y de las máquinas eléctricas conectadas.
Hay que tener presente que los condensadores utilizados para compensar reactivos, generan corrientes de falla que pueden llegar a tener una amplitud elevada, pero su frecuencia de descarga es alta, razón por la cual el tiempo de permanencia en el sistema de distribución es bajo y no se consideran en el cálculo de cortocircuitos.
Las principales fuentes que contribuyen a aumentar las corrientes de cortocircuito son las siguientes:
• Empresa de transmisión eléctrica (que suministra la energía).
• Generadores sincrónicos.
• Motores sincrónicos.
• Motores de inducción.
Se representa a través de una impedancia de valor constante referida al punto de conexión.
Si se produce un cortocircuito en algún punto del sistema, al cual esta conectado, el generador se comporta de la siguiente manera, la corriente de estator generada tiene la forma de una señal sinusoidal amortiguada pero de frecuencia fija. Como el generador después del cortocircuito sigue recibiendo potencia por su eje mecánico, y el circuito de campo se mantiene excitado con corriente continua, la tensión inducida se mantiene constante y la corriente en el devanado estator permanece hasta alcanzar estado estacionario o ser despejada por el sistema de protecciones. El circuito equivalente del generador al ocurrir una falla en sus terminales queda representado por una fuente de voltaje alterno de valor 1 p.u constante, conectada en serie a una impedancia principalmente reactiva, como muestra la figura N° 3.4. Para efecto de calcular las corrientes de cortocircuito en sistemas industriales, las normas respectivas han definido tres nombres y valores específicos para la reactancia.
Estas son:
• Reactancia subtransitoria ( X d ” ): limita la amplitud de la corriente de falla en el primer ciclo después de ocurrido el cortocircuito. Esta se define como el valor de reactancia de estator en el intervalo de tiempo transcurrido entre el instante en que se produce la falla y 0.1 segundos.
• Reactancia transitoria ( X d ' ): limita la corriente de falla después de varios ciclos de producido el cortocircuito. Se define como la reactancia que presenta el generador en el intervalo de tiempo transcurrido entre 0.5 a 2 segundos.
• Reactancia sincrónica ( X d ): limita la amplitud de la corriente de falla una vez que se ha alcanzado estado estacionario.
Figura 3.4 Circuito equivalente del generador sincrónico.
El valor de las reactancias subtransitorias utilizadas para calcular las corrientes de cortocircuito corresponde a los valores de eje directo. Ciertos fabricantes indican dos valores de reactancia subtransiente X” dv y X” di , en este caso el valor X” di debe ser utilizado para calcular las corrientes de cortocircuito.
3.4.3.- Motores y condensadores sincrónicos.
La corriente de cortocircuito generada por un motor sincrónico puede llegar a tener la misma amplitud que la aportada por un generador sincrónico. Al producirse un cortocircuito en la barra de alimentación de un motor sincrónico, la tensión del sistema disminuye reduciendo el flujo de potencia activa que entrega al motor. Al mismo tiempo, la tensión inducida hace que se invierta el sentido de giro de la corriente de estator, circulando por lo tanto desde el motor hacia el punto de falla. La inercia tanto del motor como de la carga, junto a la mantención de la corriente de campo, hace que el motor se comporte como un generador aportando corriente al cortocircuito. La corriente de cortocircuito aportada por el motor disminuye su amplitud conforme el campo magnético en el entrehierro de la máquina se reduce, producto de la desaceleración del motor.
El circuito equivalente es similar al del generador, y la corriente de falla queda definida por las reactancias subtransitorias, transitorias, y sincrónicas para los diferentes instantes de tiempo.
Tanto los motores de inducción con rotor jaula de ardilla y como los de rotor bobinado pueden contribuir a la corriente de falla. Esta corriente es generada debido a la existencia de energía cinética almacenada en el rotor y la carga, más la presencia de la tensión inducida producto del campo magnético giratorio presente en el entrehierro. Debido a que el campo magnético inducido en el motor de inducción no es mantenido en forma externa, este se hace nulo rápidamente, razón por la cual la corriente aportada a la falla sólo dura algunos ciclos. La corriente de cortocircuito aportada por un motor de inducción en régimen estacionario es cero. El circuito equivalente del motor es similar al mostrado en la figura N° 3.4. La corriente de cortocircuito aportada por un motor de inducción, está limitada solamente por su reactancia subtransitoria, X” d . Este valor es similar a la reactancia de rotor bloqueado del motor.
En el caso de motores de inducción de alta potencia que trabajen con resistencia externa conectada al rotor, su contribución al cortocircuito se puede despreciar.