Articulo Normas ANSI y IEC (FINAL)
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7/22/2019 Articulo Normas ANSI y IEC (FINAL)
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Comparaciones entre las normas
ANSI e IEC ara el clculo de
cortocircuitos
A continuacin se presenta una seriede normas establecidas por dos
institutos encargados de la
normalizacin y estandarizacin del
clculo de cortocircuitos.
Clculos basados en ANSI
La ANSI provee en sus estndares un
mtodo para el clculo de
cortocircuito conocido como El
mtodo de las impedancias,para el
cual se requiere separar las
soluciones de la red para lo siguiente:
1. La impedancia de la red de
baja tensin.
2. La impedancia de media y alta
tensin para la red
instantnea.
3. La impedancia de media y altatensin para la red de
interrupcin.
Estas redes son diferentes entre s y
se muestra adelante las diferencias
entre tales.
El estndar de baja tensin requiere
que todas las mquinas, incluyendo
todos los tamaos de motores de
induccin, seanincluidas como parte
de la red de impedancia. Para este
estndar las impedancias
subtransitorias de la maquina son
usadas por todas las maquinas.
Para la red de baja tensin, las
corrientes simtricas son calculadas
para la comparacin con las distintas
clasificaciones de los equipos. Si la
relacin X/R en la ubicacin del
cortocircuito excede un valor del 6,6
entonces se aplican factores
multiplicativos a la corriente simtricapara llegar a un nmero que puede
ser comparado con el valor probado
de los breakers de baja tensin.
Cabe destacar adems que existen
factores adicionales que pueden ser
comparados directamente con los
valores calculados antes de
compararlos con los valores del
equipo.
La norma ANSI C37.010 requiere el
uso de factores multiplicativos para la
reactancia subtransitoria. 1.2 para
motores de induccin de 50 a 1000hp
en 1800rpm o menos y para motores
de induccin de 50 a 250hp en
3600rpm. Esta norma tambin nos
indica que se pueden despreciar los
motores que tengan una potencia
menor de 50hp as como todos los
motores monofsicos.Se usan estas
impedancias para representar las
maquinas, la red instantnea es
usada para calcular el cierre y
bloqueo del servicio de todos los
breakers de alta tensin en una base
de corriente simtrica. Este valor de
cierre y bloqueo es calculado como
un valor rms de una corriente
asimtrica y depende de la relacin
X/R en el punto de cortocircuito.
Esta misma norma requiere el uso de
varios factores multiplicativos para las
redes de resistencias y reactancias.
1.5 para motores de induccin sobre
los 1000hp en 1800rpm o menos y
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para motores de induccin de 50 a
250hp en 3600rpm.
Se utiliza adems un factor
multiplicativo de3,0 para el resto de
motores de induccin y 1,5 para el
resto de motores de sncronos. Las
corrientes se calculan en valores
eficaces usando una red con
mquinas representadas por las
impedancias mencionadas
anteriormente; tales corrientes, junto
con los valores separados de las
redes reducidas de X/R, y varias
curvas contenidas en el estndar, son
utilizadas para llegar a los valores de
las corrientes de interrupcin.
El estndar C 37.101 recomienda el
uso de redes de resistencia y
reactancia separadas para la
determinacin de las relaciones X/R
usadas para el clculo de las
corrientes de interrupcin y
momentnea. Aunado a esto se
establece algunas reglas empricas
para la generacin local y remota.
Los decrementos de ac/dc o
decrementos dc solo son
determinados del estado local/remoto
de los generadores y el valor de X/R
es calculado por las tcnicas de
reduccin por las redes separadas.
Durante todo el tiempo, los
multiplicadores de las impedancias
para los motores de induccin y las
maquinas sncronas permanecen fijos
para los clculos de los servicios de
interrupcin.
Este equipo se asume que tieneel
mismo clculo de la impedancia para
los interruptores de apertura en dos
ciclos o en algn otro valor de
retardo.
Una vez modificados los valores de
las contribuciones de impedancia
para simular las redes equivalentes
de interrupcin y momentnea se
calcula una corriente rms la cual es
usada para calcular los valores los
valores de los equipos de interrupcin
y momentneos.
Generalizando la metodologa de
solucin se aprecia la implementacin
de tres tipos de impedancias
diferentes: la de baja tensin, la de
cierre y bloqueo y la de interrupcin.Estas redes de impedancia son
usadas para obtener las corrientes
totales en la ubicacin del
cortocircuito; tales corrientes totales
se modifican sobre una base global
para obtener las corrientes de
cortocircuito que fluyen en distintos
momentos.
Los valores de interrupcin aplicados
por ANSI merecen una mejorexaminacin debido a que los valores
para el equipamiento de interrupcin
es determinado mediante la
aplicacin de factores multiplicativos
tomados de grficos presentados en
el estndar para calcular las
corrientes rms de interrupcin.
Adems es interesante notar que a
medida que se incrementa el tiempo
de disparo de los breakers, losestndares ANSI requieren un nivel
de interrupcin ms alto para
dichobreaker.
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Calculos de corriente basados en
IEC
Para cada ubicacin de cortocircuito
en la red, la norma IEC 909 calcula
una corrienterms de cortocircuito
simtrica total inicial, as como la
corriente rms de cortocircuito
simtrica inicial en una mquina
sncrona en cada fuente de
contribucin. La red incluye todas las
fuentes de contribucin y
estascorrientesrms de cortocircuito
simtricas iniciales en una mquina
sncrona cobran importancia debido a
que forma la base de la
determinacin de:
1. La corriente de cortocircuito
pico instantnea.
2. La componente de cada dc
(no peridica) de la corriente
de cortocircuito.
3. La corriente de ruptura
simtrica rms de cortocircuito.
4. La corriente de ruptura
asimtrica rms de cortocircuito.
5. La corriente de cortocircuito
simetricarms en estado estable
para cada fuente de
contribucin.
El procedimiento de la norma IEC 909
requiere el clculo de las
componentes de las corrientes de
cortocircuito de las fuentes de
contribucin para cada una de las
corrientes descritas anteriormente yusar estas componentes para derivar
los totales de la ubicacin de
cortocircuito. Para aplicar este
equipo, es necesario saber cmo
estas corrientes, es necesario saber
cmo estas corrientes estn
distribuidas a travs de la red. Por
ende, es necesario buscar cada
corriente de las fuentes
contribuyentes a travs de la red
hacia la localizacin del cortocircuito.
Estas corrientes de contribucin
individual por parte de las fuentes
estn cada una en funcin de las
caractersticas de la mquina, el nivel
de R/X que cada fuente contribuyente
ve en la localizacin del cortocircuito,
el tiempo mnimo de despeje para la
operacin del breaker, la corriente
simtrica de cortocircuito inicial, el
tipo de excitacin, y la determinacin
sobre si las corrientes fluyen a travs
de una red mallada o no mallada y sila contribucin est cerca o lejos del
cortocircuito.
Los procedimientos de la IEC 909
tratan cada uno de los factores arriba
mencionados diferentemente para
cada fuente contribuyente.
En referencia a lo anteriormente
presentado se aprecia que el
estndar ANSI no trata de modelar la
precarga de los generadores o las
tasas de decaimiento variables de
cada motor y
generadorindividualmente, as como
tampoco intenta tomar en cuenta la
lejana de los motores de induccin o
de los motores sncronos durante elclculo de las corrientes de
interrupcin.
Los motores son representados por
las impedancias fijas como
previamente se describi. Para los
generadores, ANSI establece que si
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la localizacin del cortocircuito est a
ms de dos transformadores o si la
reactancia de transferencia entre el
generador y el cortocircuito es mayor
que 1.5 veces la reactancia
subtransitoria del generador, lageneracin se considera remota. De
otra manera, la generacin se
considera local.
Por su parte, el estndar IEC 909
examina la magnitud de las corrientes
de cortocircuito rms simtricas inicial
en las maquinas sncronas que fluyen
para cada fuente contribuyente por
separado hacia la localizacin del
cortocircuito. Para calcular lascorrientes de ruptura y los motores
son considerados que estn cerca si
la suma de todas las corrientes de
cortocircuito rms simtricas inicial de
los motores excede el 5% de la
corriente de cortocircuito simtrica
total sin motores. De otra forma,
todos los motores son considerados
que estn lejos.
Los motores asncronos cuyos
terminales estn cortocircuitados son
tratados como un caso especial. Las
maquinas sncronas son
consideradas cercanas si su corriente
de cortocircuito rms simtrica inicial
es ms grande que 2 veces su
corriente nominal De otra forma, las
maquinas sncronas se consideran
lejanas.
Cada motor o generador es tratado
individualmente por la aplicacin de
factores de cada. Para mquinas
sncronas, estos factores son una
funcin de los tiempos de despeje
mnimo de los breakers y el
porcentaje de la corriente de
cortocircuito de la maquina que
contribuye al valor nominal de la
corriente de la maquina. Para
referirse a los factores de cada ms
rpidos de maquinas asncronas, es
usado un factor de cada adicionalque est en funcin de la potencia
por par de polos nominal activa de la
mquina.
Una de las principales aplicaciones,
usando tanto normas IEC como
ANSI, del estudio de fallas de
cortocircuito, es la seleccin de
interruptores de circuito (ICs) en lossistemas elctricos industriales y los
sistemas de potencia. Estos ICs
protegen al sistema y a los equipos
de las corrientes que ocurren sobre el
sistema durante fallas de
cortocircuito. Por esto, uno de los
puntos ms importantes en el estudio
de fallas es la determinacin de las
mximas corrientes de cortocircuito
que el IC deber conducir e
interrumpir.
El problema de aplicacin es, por lo
tanto, el calcular el valor pico de la
corriente en el inicio del cortocircuito
y la corriente total en el instante de
separacin de los contactos para las
peores condiciones de cortocircuito a
las cuales el IC deber estar sujeto y
seleccionar un IC que deber
soportar estos esfuerzos.
Es necesario pues, desarrollar una
serie de ecuaciones que permitan,
tanto para IEC como para el
ANSI/IEEE, el clculo preciso de
algunos valores de la corriente en
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determinados instantes de la onda de
cortocircuito.
Para esto, las siguientes definiciones
se usaran posteriormente:
Im=
Im: Valor mximo de la componentede CA.
ICA: Valor eficaz (rms) de lacomponente de CA.
ICDmax: Im
Esto se debe a que el valor mximoposible de la componente de CD esigual al valor mximo de lacomponente de CA.
Tomando el valor eficaz (rms) de lacomponente CA:
ICA=
Im=ICA
Entonces:
ICDmax=ICA
ANSI no hace referencia directa entre
los clculos para redes radiales y
redes en anillo. Este estndar por
otro lado establece el uso de redes R
y X separadas para el clculo de la
relacin X/R ya que tiende a corregirmltiples efectos por constantes de
tiempo mltiples y niveles de cada
asociados debido a corrientes de
cortocircuito que pasan a travs de
mltiples caminos hacia la
localizacin del cortocircuito
Los estndares IEC hacen un efecto
mayor en la distincin entre las
corrientes de cortocircuito que fluyen
a travs de redes malladas y no
malladas.
Cuando las contribuciones son
suplidas a travs de una red no
mallada solamente, las
contribuciones son simplemente
aadidas (escalar o vectorialmente)
para determinar el total de corriente
de cortocircuito.
En referencia a los argumentosplanteados anteriormente, es
aparente que los procesos de clculo
de cada estndar requieren la
implementacin de las contribuciones
de la fuente en diferentes categoras.
Estas categoras incluyen motores de
induccin o asncronos, motores
sncronos, generadores o
generadores sncronos, y
alimentadores de servicios pblicos o
de red.
La data requerida para representar
estos tipos de contribucin vara
ligeramente entre los estndares
ANSI y IEC 909; por ejemplo:
Para motores asncronos, ANSI
requiere informacin en rpm y hp
para determinar los factores
multiplicativos de la reactancia
subtransitoria.
Por su parte, IEC 909 requiere
informacin en porcentajes reales de
potencia por par de polos para
determinar porcentajes de cada.
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Para maquinas sncronas, IEC 909
requiere informacin adicional dada
en niveles reales de factor de
potencia de manera que se pueda
calcular el factor de correccin para
maquinas sncronas (factor kg) usadopara tomar en cuenta las condiciones
iniciales de carga de la maquina.
IEC 909 tambin requiere informacin
adicional en el tipo de excitacin y
Xdsat (el reciproco de la proporcin
de cortocircuito) para calcular la
corriente de estado estable IKG.
El estndar IEC 909 define un tipo
contribucin adicional que no estdirectamente encontrado en el
estndar ANSI.
El estndar de la IEC 909 contiene
procedimientos separados para
clculos de cortocircuito,
dependiendo en si la localizacin del
cortocircuito es entre el generador y
el transformador o si es en el lado de
la carga del transformador.
