29 enero 2011

Estudio de la forma de onda de la corriente de falla

Para entender el comportamiento de las corrientes de corto circuito, se deben considerar dos tipos de forma de onda: simétrica y asimétrica. Además, ya que los cortos circuitos usualmente fluyen por pocos ciclos, es necesario entender los 4 diferentes tipos de corriente: RMS simétrica, RMS monofásica máxima, RMS trifásica promedio y amperes pico instantáneos. De hecho lo que se requiere conocer es bastante simple.
Corriente de falla simétrica en un circuito resistivo.
El circuito que produciría esta forma de onda es el que contendría solamente resistencia, con un factor de potencia de cero. Esta particular forma de onda nunca será lograda en los circuitos de potencia de bajo voltaje normales, ya que cada circuito práctico contiene reactancia y factor de potencia resultante mas grande que cero. Note que el corto circuito ocurre a el instante cuando el voltaje generado alcanza su valor pico positivo. La forma de onda de corriente de falla resultante es simétrica al eje X (el pico positivo de corriente tiene el mismo valor que el pico negativo de corriente).
Fig.1 Corriente de falla simétrica en un circuito resistivo.

Corriente de falla asimétrica en un circuito resistivo.
El circuito que produciría esta forma de onda, como en la figura 1, es uno conteniendo solamente resistivo, con un factor de potencia de cero. Aunque es el mismo circuito, la forma de onda de corriente de corto circuito resultante es asimétrica con respecto al eje X (el valor pico positivo de cualquier curva o número de curvas es mas grande que la corriente simétrica). La razón para la diferencia del resultado mostrado en la figura 1 es que el corto circuito en la figura 2 ocurre a el instante en que el voltaje generado pasa a través del eje cero en una dirección positiva. Note también, que el tipo de onda de corriente de corto circuito es todavía simétrico, pero a un eje desplazado.
Fig. 2: corriente de falla asimétrica en un circuito resistivo.

Corriente de falla simétrica en un circuito con resistencia y reactancia.
El circuito que produciría esta forma de onda contiene resistencia y ractancia, con un factor de potencia mas grande que cero. El corto circuito ocurre a el ángulo μ, medido desde el punto donde la onda de voltaje pasa a través del eje cero en una dirección positiva. Comparando esta onda simétrica con la que se mostró en la figura 1 (para un circuito conteniendo solamente resistencia), indica que ambos tipos son idénticos excepto por el punto al cual ocurre el corto circuito.
Fig.3: Corriente de falla simétrica en un circuito con resistencia y reactancia.

Corriente de falla asimétrica en un circuito con resistencia y reactancia.
Este es el tipo de onda mas importante en el estudio de corrientes de corto circuito. El circuito que produce este tipo de onda, como en la figura 3, es uno conteniendo resistencia y reactancia, con un factor de potencia mas grande que cero. Como en la figura 2, el corto circuito ocurre a un punto donde el voltaje para a través del eje cero en una dirección positiva. Similar a los resultados de la figura 2, este tipo de onda de corriente de corto circuito es asimétrica con respecto al eje cero. Los picos de las primeras 5 curvas positivas son mas grandes sobre el eje cero que las partes superiores de las curvas positivas de la corriente simétrica. Note también que el punto mas bajo de cada una de las primeras 5 curvas negativas debajo del eje cero es menor que la corriente pico negativa simétrica. La distancia de la primera curva negativa (a) debajo del cero es mas pequeña, pero conforma pasa el tiempo los valores (b), (c) y (d) se incrementan hasta que los valores de la curva negativa asimétrica son iguales a los valores de la curva negativa simétrica.
En la figura 3, la onda de corriente es simétrica con respecto al eje X, empezando con el primer 1/2 ciclo. En la figura 4, la onda de corriente es asimétrica, pero esta se vuelve simétrica después de 5 ciclos, ¿por que?.
Evidentemente algo se sumó en el circuito que no fue aparente previamente en los tipos de onda de las figuras 1, 2 y 3. Ese algo es llamada la componente CD, causado por la súbita aplicación de un corto circuito en un sistema de CA. Esto se suma a la componente de CA, la cual también es causada por la súbgita aplicación del corto circuito. Cuando las componentes de CA y CD se suman juntas, la onda de corriente resultante es asimétrica al eje cero, como se ilustra en la figura 4. Dos corrientes adicionales, además de la corriente RMS simétrica y corriente pico simétrica y asimétrica son mostradas.
Fig. 4: Corriente de falla asimétrica en un circuito con resistencia y reactancia.

Corriente RMS monofásica máxima: es el valor RMS de la corriente asimétrica, incluyendo la componente de CD, después de que ocurre el corto circuito en un circuito monofásico.
Corriente RMS trifásica promedio: es el valor RMS promedio de las tres fases de la correiente total, incluyendo la componente de DC, después de que ocurre el corto circuito en un circuito trifásico.
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