La creciente adopción de sistemas DC (corriente continua) en varios sectores, como el de la automoción y la generación de energías renovables, está impulsando una transformación en las redes eléctricas. Esta creciente complejidad requiere herramientas de diseño y análisis cada vez más sofisticadas.
Ampère Professional, de Electro Graphics, destaca como una solución para el cálculo de redes eléctricas de CC, satisfaciendo las demandas de un mercado en constante evolución. Alineado con la norma IEC 61660-1, el software ofrece precisión y fiabilidad en la determinación de corrientes de falla, un aspecto crucial para garantizar la seguridad y el rendimiento de los sistemas eléctricos.
Según la empresa, con Ampère Professional los ingenieros y diseñadores pueden:
- Analizar las redes DC de forma integral: desde pequeñas instalaciones hasta grandes sistemas de distribución;
- Garantizar el cumplimiento de las normas: garantizar que los proyectos cumplan con los requisitos técnicos;
- Optimizar el tamaño de los equipos: reduciendo costos y aumentando la eficiencia;
- Incrementar la confiabilidad de los sistemas: identificando y mitigando riesgos potenciales.
Cálculo de faltas de corriente continua según IEC 61660-1
Electro Graphics afirma que Ampère Professional añade más funcionalidades al cálculo de fallos, mejorando el estudio de los transitorios de corriente en circuitos definidos en corriente continua.
Numerosas investigaciones intentan aclarar y llenar los vacíos presentes sobre el tema, a la espera de una nueva referencia normativa en materia de corriente continua, como la norma CEI EN 60909-0, que es para sistemas de corriente alterna.
Dichos estudios indican que los errores promedio cometidos por la norma IEC 61660-1 para calcular la corriente máxima de pico son de alrededor del 10% (tanto más como menos), debido al aumento de las distancias entre fuentes y puntos de falla, para los coeficientes de corrección (. que empujan los errores al mínimo), y sin tener en cuenta las reactancias subtransitorias de los generadores, especialmente si son pequeñas.
Además, los transitorios hacia el estado estacionario son generalmente más rápidos que en la realidad, ya que el modelo no tiene en cuenta el efecto de las capacidades.
Electro Graphics presenta la serie 2025 de software para proyectos eléctricos y fotovoltaicos
Modelo de cálculo
El software no utiliza coeficientes correctores, sujeto a posibles novedades futuras, proporcionando actualmente valores más conservadores. El modelo de cálculo de Ampère Professional también utiliza las reactancias subtransitorias de los generadores, mejorando las estimaciones estándar en línea con los estudios aportados por algunos artículos.
Según Electro Graphics, el software se probó con ejemplos de cálculos de terceros, verificando la fiabilidad de los resultados dentro de los límites de error indicados anteriormente. "Para activar el nuevo modelo de cálculo de CC, en la ventana Propiedades, pestaña Configuración de cálculo, active la casilla Calcular corrientes transitorias de falla de CC (IEC 61660-1)", aconsejaron.
La norma establece un método de cálculo de validez general para corrientes de cortocircuito. El método propuesto permite calcular la corriente de cortocircuito que pasa por el punto de falla como la suma de las corrientes generadas por diferentes fuentes. Los elementos estudiados en la norma que contribuyen a la determinación de esta corriente son:
- Puentes rectificadores trifásicos;
- Baterías de plomo-ácido;
- Condensadores de amortiguación;
- Motores DC con excitación independiente.
La tendencia en el tiempo de la corriente generada por las diferentes fuentes se obtiene correctamente mediante las fórmulas (1), (2) y (3):
Donde:
- ip es la corriente máxima de cortocircuito;
- ik es la corriente de cortocircuito casi estacionaria (1 s);
- tp es la hora pico;
- τ1 es la constante de tiempo de subida;
- τ2 es la constante de tiempo de descenso.
Si no se define una corriente máxima, se asume que ip = ik y tp es igual a TK, que es el tiempo de interrupción de la falla. La corriente total de cortocircuito se obtiene entonces superponiendo los efectos, sumando así todas las contribuciones a la falla derivadas de las fuentes involucradas en el cálculo.
Donde:
- j es la referencia a la fuente en cuestión;
- m es el número de fuentes que causan la falla;
- i(t) es la corriente total de cortocircuito;
- Tk es el tiempo de interrupción de la falla.
La siguiente figura representa la tendencia actual dada por las fórmulas (1) y (2), con las que se aproxima la contribución a la falla de cada fuente.
Curva aproximada: función de aproximación estándar
El estudio del transitorio como superposición de efectos depende de las constantes de tiempo y de los valores máximos impuestos por cada fuente, obteniendo una tendencia que puede ser ondulatoria con varios valores máximos antes de tender al valor final del estado estacionario.
La norma propone un método para obtener una curva que se aproxima al transitorio en su conjunto, siempre descrita mediante las fórmulas (1) y (2), útil para calcular tensiones electrodinámicas y tensiones térmicas, de acuerdo con la norma IEC 61660-2.
“El software muestra la curva (en color verde) y permite imprimir los valores ip (corriente pico de cortocircuito), ik (corriente de cortocircuito casi estacionaria en 1 segundo), tp (tiempo pico), τ1 (constante de tiempo de ascenso) y τ2 (constante de tiempo de descenso) siguiendo las reglas establecidas en el párrafo 3.3 de la norma”, explicaron.
Estos parámetros se derivan gráficamente de la curva interpolada creada al sumar todas las contribuciones de la fuente a la falla (línea azul en los gráficos Ampère).
Los cuatro ejemplos propuestos en la figura describen transitorios típicos, donde la tendencia real del transitorio está representada por la línea continua. La línea discontinua representa la función aproximada.
“Es interesante observar que en las dos figuras de la derecha el cálculo de τ1 está condicionado por el tiempo de subida del primer pico. De hecho, si el primer pico es superior al 50% de la corriente pico, controla la parte ascendente de la función (ver figura 22 de la norma)”, informó la empresa.
Coordinación con EN 60909-0
El método de cálculo de corriente continua utilizado por el software actúa sobre los usuarios de corriente continua modificando los valores de corriente de falla monofásica asociados al régimen subtransitorio. Por lo tanto, los resultados obtenidos del análisis del pico máximo se guardan en la variable Ikm.
“Recordemos que Ikm es la corriente de comparación con la capacidad de interrupción de las protecciones y, por su propia naturaleza, tiene la máxima componente aguas arriba o aguas abajo de la falla”, afirmaron.
Además, según EN 60909-0, no se le aplica la curva límite de protección, incluso si IEC 61660-1 en el párrafo 2.1 pide tener esto en cuenta para el cálculo de las corrientes máximas. Las corrientes de defecto casi estacionarias, calculadas en un segundo, se guardan en la variable Ik1 (fn) max, que representa el defecto permanente.
Los resultados del análisis determinan los valores de las variables de corriente pico Ip1 (fn), calculadas como la contribución de corriente total (suma de las componentes aguas arriba-aguas abajo y aguas abajo-aguas arriba). Al igual que ocurre con la EN 60909-0, se les aplican Curvas de Limitación de Protección.
El panel de funciones avanzadas de Análisis de Fallos propone los valores actuales calculados y a través del comando Gestión de Impresión en el panel es posible obtener impresiones como la de la figura.
Análisis de fallas
El panel Análisis de fallas le permite analizar fallas de corriente alterna y corriente continua. Para los usuarios de corriente alterna, Ampère propone un análisis de fallos transitorios con verificación de la capacidad de interrupción y cierre en caso de que se asigne protección.
Según Electro Graphics, si el software no encuentra ningún problema, la ventana muestra la tendencia máxima de falla, exponiendo sus parámetros característicos; También se muestran los datos relativos a la protección asignada.
Además, es posible estudiar las diferentes dinámicas de falla según los conductores involucrados haciendo clic en las celdas apropiadas de la red. Cuando se detecta una inconsistencia, Ampère, con la ayuda de mensajes rojos, señala la presencia del error, especificando también qué tipo de fallo constituye un problema.
El panel de funciones avanzadas de Análisis de fallos propone los valores actuales y utilizando el comando Gestión de impresión en el panel es posible obtener impresiones como la de la figura siguiente.
Es importante resaltar algunos puntos sobre los valores proporcionados, pues hay detalles que pueden causar confusión:
- El panel Análisis de fallas muestra diferentes valores de corriente máxima;
- El valor Ip max asumido es relativo al valor máximo entre todas las fallas;
- El valor de Ipk detectado gráficamente y resaltado en el gráfico de falla transitoria es relativo al tipo de falla seleccionada;
- Incluso para el mismo fallo, los valores pueden ser ligeramente diferentes;
- El gráfico también muestra la parte asimétrica de la corriente, en verde, que disminuye exponencialmente con el tiempo (constante de tiempo T), y esta disminución es diferente para cada tipo de falla.
En resumen, el panel de Análisis de Fallas del software ofrece recursos para una evaluación completa de los sistemas eléctricos, permitiendo la identificación de posibles problemas y el análisis detallado de las características de las fallas, garantizando así la seguridad y confiabilidad de los sistemas eléctricos.
todo el contenido de Canal Solar está protegido por la ley de derechos de autor y queda expresamente prohibida la reproducción parcial o total de este sitio en cualquier medio. Si estás interesado en colaborar o reutilizar alguno de nuestro material, te pedimos que te pongas en contacto con nosotros vía correo electrónico: redacao@canalsolar.com.br.
