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COMPONENTES SIMÉTRICAS
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1. IMPEDANCIAS DE SECUENCIA Y REDES DE SECUENCIA
En general, la impedancia de un sector cualquiera de una red equilibrada a la corriente de una secuencia dada, puede ser diferente a la interpuesta a la corriente de otra secuencia; de manera que la impedancia que presenta un circuito cuando por él circula solo corriente de una secuencia
x, se la denomina impedancia de secuencia x (v.g impedancia de secuencia directa, impedancia
de secuencia inversa o impedancia de secuencia homopolar) Como se demostró anteriormente, en un circuito con una carga equilibrada las caídas de tensión en ella para una secuencia determinada dependen de las corrientes de la misma secuencia, y son independientes de las corrientes de las otras secuencias. Esto permite que la porción de la red bajo análisis pueda considerarse como formada por redes monofásicas independientes de una secuencia determinada atravesadas por la corriente de la misma secuencia correspondiente. Tales circuitos equivalentes monofásicos formados exclusivamente por las impedancias a la
corriente de una secuencia cualquiera se denominan redes de secuencia, correspondientes a una
secuencia definida. La red de secuencia incluye, si las hay, todas las fem generadas de secuencia igual.
En un estudio podremos tener, en principio de manera general, redes de todas las secuencias: red
de secuencia directa, red de secuencia inversa y red de secuencia homopolar. Por lo tanto, para
calcular el efecto de un fallo por el método de las componentes simétricas es menester determinar las impedancias de secuencia y combinarlas adecuadamente para formar las redes de secuencia. 4.1) Redes de secuencia de un generador sin carga: La figura muestra un generador sin carga, con neutro puesto a tierra a través de una
impedancia Z n. Si se produjera una falla
en los terminales que suponga contacto a tierra, existirá una corriente de retorno por
el neutro que denominamos I n.
Si la mencionada falla tuviera una o dos de las corrientes nulas, estaremos en presencia de una terna de corrientes asimétricas que admite ser modelada mediante la transformación de Fortescue. Figura N° 5: Generador en vacío con neutro a tierra vía Zn
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Código Emisor Fecha Emisión Fecha Revisión Rev.: Página Para analizar la falla por este método, será necesario expresar el comportamiento del generador mediante CS. Las tensiones generadas son únicamente de secuencia positiva, dado que el generador se diseña para entregar tensiones simétricas y equilibradas. Por lo tanto, la red de secuencia positiva estará formada por una fem en serie con la impedancia de secuencia positiva del generador; su valor se obtiene de la aplicación de la transformación de Fortescue a una terna simétrica y equilibrada, lo
que terminara dando una componente directa de valor E a 1 = E a.
Las redes de secuencia negativa y homopolar no contendrán fem, pero si habrá de considerarse las impedancias a las corrientes de secuencia negativa y cero. Figura N° 6: Redes de secuencia trifásicas de un generador y su equivalente monofásico
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Código Emisor Fecha Emisión Fecha Revisión Rev.: Página 4.2) Impedancias de secuencia de elementos lineales estáticos de un sistema: La impedancia de una línea eléctrica depende de la configuración, de la cantidad de conductores por fase que posee, de la geometría de la línea, de la cantidad de hilos de guardia, de la altura de los conductores, etc. Definidas todos esos parámetros, para una línea dada, las impedancias de secuencia positiva y negativa (al igual que para cualquier elemento estático de un sistema) es idéntica, ya que la oposición ofrecida a la circulación de esas corrientes no depende del orden de sucesión de las fases. En cambio la impedancia de secuencia cero de una línea de transmisión es distinta a las directa e inversa porque para las corrientes homopolares la suma de corrientes en la línea no es cero, circulando corrientes por el o los hilos de guardia y tierra o solo por tierra en el caso que la línea no posea hilo de guardia. 4.3) Impedancias de secuencia de motores asincrónicos En una MAT la secuencia de las corrientes (+ o -) que circulan por el estator de la misma determina distintos sentidos de giro para el campo rotante que se produce en el interior de la máquina. Fijando como referencia el módulo de la velocidad y sentido de giro pretendido del motor, los campos rotantes de una u otra secuencia coincidirán o se opondrán al sentido de giro del mismo. Cuando los sentidos de giro de ambos, campo y rotor son coincidentes, significará que la secuencia de las corrientes de alimentación es positiva, y en esta situación la impedancia interpuesta a la corriente absorbida define la denominada impedancia de secuencia positiva del motor asincrónico. Cuando la secuencia es inversa, encontraremos que el campo gira en un sentido mientras el rotor lo hace en el opuesto; a raíz de una serie de fenómenos electromagnéticos que tienen que ver con los principios físicos de funcionamiento de la máquina (y que escapan a este curso) como ser las frecuencias presentes, la fem inducida, la reacción de inducido, etc inherentes a este estado, se determina que la corriente que la máquina absorbe de la red en esta situación es distinta que la que absorbe para la secuencia positiva (de hecho es mayor, próxima al doble de aquel). Por lo tanto se deduce que
Z 1 > Z 2
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Código Emisor Fecha Emisión Fecha Revisión Rev.: Página 4.4) Impedancias de secuencia de transformadores En los transformadores de potencia debido a que las pérdidas en el núcleo rondan el 1%, la rama de magnetización se desprecia, así como las resistencias de los bobinados por ser de bajo valor frente a las reactancias puestas en juego. Se modeliza el mismo, por lo tanto, solo mediante la reactancia de dispersión. Siendo el trafo una maquina estática, tal como venimos sosteniendo la reactancia de dispersión no cambiará como consecuencia del cambio de secuencia de fases. Por lo tanto, será:
Z 1 = Z 2
El circuito equivalente de secuencia cero por su parte, depende de la conexión de los bobinados y también de la conexión del neutro de ambos arrollamientos, en el sentido de habilitar o no la
circulación de I 0.
Como premisa general, al desechar la rama paralela, debe existir un balance exacto de fmm entre primario y secundario; haremos este análisis para las combinaciones típicas de conexión entre ambos arrollamientos. Y-Y ambos neutros a tierra: la corriente de secuencia 0 es igual a la suma de las corrientes de las fases. Con ambos neutros aterrados, la corriente de secuencia 0 puede circular por ambos bobinados, por lo que su circuito equivalente es el presentado en (a) Y-Y neutro 1º a tierra: al no haber neutro aterrado en 2º, la suma de las corrientes de fase en él ha de ser cero; esto significa que la corriente homopolar en 2º debe ser cero, y consecuentemente debe ser 0 la del 1º para equilibrio de fmm. Fig (b) Y-Δ neutro 1º a tierra: en esta configuración si hubiera desequilibrio primario, puede derivar I
por neutro dado que las Fmm pueden equilibrarse con corrientes I 0 circulando por el triángulo
secundario. Estas quedan confinadas en él, por lo que existe una aislación entre 1º y 2º. Fig (c) Y-Δ neutro 1º aislado: debido al aislamiento del neutro, no existe posibilidad de que fluya corriente de secuencia homopolar, por lo que su circuito equivalente es el presentado en (d)
