Un sistema trifásico funciona como monofásico en cuanto a corrientes de secuencia cero se refiere, ya que las corrientes de secuencia cero tienen el mismo valor en magnitud y dirección en cualquier punto en todas las fases del sistema. Por consiguiente, las corrientes de secuencia cero circularán solamente si existe un camino de retorno por el cual puede completarse el circuito. El punto de referencia para los voltajes de secuencia cero es el potencial de tierra en el punto del sistema en el cual se especifica. Como las corrientes de secuencia cero pueden estar pasando a tierra, dicha tierra no está
necesariamente al mismo potencial en todos sus puntos y la barra de referencia de la red de secuencia cero no representa una tierra con potencial uniforme. La de tierra y los cables de toma de tierra están incluidos en la impedancia de secuencia cero de la línea de transporte, y el circuito de retorno de la red de secuencia cero es un conductor de impedancia nula, que es la barra de referencia del sistema. La impedancia de tierra está incluida en la impedancia de secuencia cero, por lo que las tensiones, medidas respecto a la barra de referencia de la red de secuencia cero, dan la tensión correcta respecto de tierra.
Si el circuito está conectado en estrella, sin conexión del neutro a tierra o a otro punto neutro del circuito, la suma de las corrientes que van hacia el neutro en las tres fases es igual a cero. Dado que las corrientes, cuya suma es nula, no tienen componentes de secuencia cero, la impedancia a la corriente de secuencia cero es infinita más allá del punto neutro, lo que se indica por un circuito abierto en la red de secuencia cero entre el neutro de secuencia cero del circuito conectado en estrella y la barra de referencia, como se representa en la figura 3.4a.
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Figura 3.4 Redes de secuencia cero para cargas conectadas en Y.
Si el neutro del circuito conectado en Y se une a tierra a través de una impedancia nula, se inserta una conexión de impedancia cero para unir el punto neutro y la barra de referencia de la red de secuencia cero como se ve en la figura 3.4b.
Si la impedancia Zn se intercala entre el neutro y tierra de un circuito conectado en Y, debe colocarse una impedancia 3Zn entre el neutro y la barra de referencia de la red de secuencia cero, como se aprecia en la figura 3.4c. La caída de tensión de secuencia cero, originada en la red de secuencia cero por el paso de Ia(0) por 3Zn, es la misma que en el
sistema real en el que pasa 3 I a (0), por Zn La impedancia formada por una resistencia o una reactancia se conecta directamente entre el neutro de un generador y tierra para limitar la corriente de secuencia cero durante un fallo. La impedancia de tal resistencia o reactancia limitadora de corriente se representa en la red de secuencia cero de la manera descrita.
Un circuito conectado en delta, por no disponer de camino de retorno, presenta una impedancia infinita a las corrientes de línea de secuencia cero. La red de secuencia cero está abierta en el circuito con conexión en triángulo. Las corrientes de secuencia cero pueden circular dentro del circuito delta, puesto que éste es un circuito serie cerrado para la circulación de corrientes monofásicas. Tales corrientes, sin embargo, tendrían que ser producidas en el delta, por inducción de una fuente exterior o por las tensiones generadas de secuencia cero.
En la figura 3.5 se representa un circuito delta y su red de secuencia cero. Aun cuando se generan tensiones de secuencia cero en las fases del circuito delta, no existe tensión de secuencia cero en las terminales, porque la elevación de tensión en cada fase del generador es igual a la caída de tensión en la impedancia de secuencia cero de cada fase.
Figura 3.5 Carga conectada en delta y su red de secuencia cero
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Merecen una atención especial los circuitos equivalentes de secuencia cero de los transformadores trifásicos. Las diversas combinaciones posibles de los devanados primario y secundario en estrella y delta varían la red de secuencia cero. La teoría de los transformadores hace posible la construcción del circuito equivalente de la red de secuencia cero. Se sabe que en el circuito primario no circula corriente, a menos que circule una corriente en el secundario, si se desprecia la corriente magnetizante que es relativamente pequeña; además la corriente primaria se determina por la corriente secundaria y la relación de transformación de los arrollamientos, despreciando la corriente magnetizante.
Las distintas conexiones se presentan en la figura 3.6, las flechas indican los caminos posibles para la circulación de la corriente de secuencia cero. La no existencia de flecha indica que la conexión del transformador es tal que no puede circular la corriente de secuencia cero. Para cada conexión se presenta el circuito equivalente de secuencia cero, con resistencia y un camino para la corriente magnetizante omitida. Las letras P y Q identifican los puntos correspondientes en el diagrama de conexiones y el circuito equivalente.
CASO 1. Conexión estrella - estrella. Un neutro a tierra.
Si uno de los dos neutros de un banco estrella - estrella no está puesto a tierra, la corriente de secuencia cero no puede circular en ninguno de los dos arrollamientos. La ausencia de camino por un arrollamiento impide la corriente en el otro. Para la corriente de secuencia cero existe un circuito abierto entre las dos partes del sistema conectado por el transformador.
CASO 2. Conexión estrella - estrella. Ambos neutros a tierra.
Cuando los dos neutros están puestos a tierra, existe un camino en los dos arrollamientos para las corrientes de secuencia cero. Si la corriente de secuencia cero puede seguir un circuito completo fuera del transformador y en ambos lados de él, puede circular en ambos arrollamientos del transformador. En la red de secuencia cero, los puntos de ambos lados del transformador se unen por la impedancia de secuencia cero del transformador.
CASO 3. Conexión estrella - delta. Puesto a tierra neutro de Y.
Si el neutro de la Y se pone a tierra, las corrientes de secuencia cero tienen camino a tierra a través de la conexión en estrella, ya que las corrientes inducidas correspondientes pueden circular en la conexión delta. La corriente de secuencia cero que circula en la delta para equilibrar la corriente de secuencia cero en la estrella, no puede circular en las líneas conectadas al delta. El circuito equivalente proporciona un camino desde la línea en el lado estrella, a través de la resistencia equivalente y reactancia de pérdida del transformador, hasta la barra de referencia. Es preciso que exista un circuito abierto entre la línea y la barra de referencia en el lado delta. Si la conexión del neutro a tierra contiene una impedancia Zn, el circuito equivalente de secuencia cero debe tener una impedancia 3Zn en serie con la resistencia equivalente y la reactancia de pérdida del transformador para conectar la línea en el lado Y a tierra.
CASO 4. Conexión estrella - delta. Sin aterrizar neutro.
Si la Y no se aterriza, la impedancia Zn entre el neutro y la barra de referencia es infinita. La impedancia 3Zn en el circuito equivalente del caso anterior para la
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impedancia de secuencia cero, se hace infinita. La corriente de secuencia cero no puede circular por los devanados del transformador.
CASO 5. Conexión delta - delta.
Un circuito delta - delta no proporciona camino de retorno a la corriente de secuencia cero, por lo tanto no existe corriente de secuencia cero en el transformador, aunque puede circular dentro de los arrollamientos delta.
Los circuitos equivalentes de secuencia cero, determinados para diversas partes del sistema separadamente, se combinan fácilmente para formar la red completa de secuencia cero.
Las figuras 3.7 y 3.8 representan diagramas unifilares de dos sistemas de energía pequeños y sus correspondientes redes de secuencia cero, simplificadas, suprimiendo las resistencias y admitancias en paralelo.
Figura 3.6 Circuitos equivalentes de secuencia cero de transformadores trifásicos junto con los esquemas de conexiones y símbolos para diagramas unifilares.
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Figura 3.7 Diagrama unifilar de un sistema de energía pequeño y su red de secuencia cero equivalente.
Figura 3.8 Diagrama unifilar de un sistema de energía pequeño Y su red de secuencia cero equivalente
CAPÍTULO IV
MATRIZ DE IMPEDANCIAS DE BARRAS
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4.1 Introducción.
El análisis nodal ha tomado gran fuerza en los últimos años exponiéndose como la técnica más utilizada para el estudio de los sistemas de potencia. Lo anterior debido a las ventajas disponibles hoy en día para el manejo y el almacenamiento de las matrices que representan las redes eléctricas. Un análisis nodal se basa en aplicar el balance de corrientes en cada nodo del sistema, siendo las variables de interés los voltajes nodales y las inyecciones de corriente.
Un problema en un sistema eléctrico de potencia puede simularse eficientemente mediante cambios en las inyecciones nodales. Así, un cambio de carga o generación equivale a modificar las inyecciones de corriente o potencia en el sistema. Otras modificaciones en la red de transmisión exigen alterar y determinar las inyecciones en diferentes puntos del sistema.
En especial para el estudio de fallas y flujos de potencia en un SEP, las técnicas modernas utilizan el análisis de nodos como base para las formulaciones utilizadas.