Modelos de CC y Análisis

Esta sección describe modelos de CC que se puede utilizar en EasyPower y describe los resultados de análisis.

Conceptos de Análisis de CC

Por favor, tenga en cuenta lo siguiente acerca de los resultados de cortocircuitos:

Corrientes de cortocircuito son aproximaciones de estado estacionario. Inductancia y capacitancia de circuito no se consideran y la acumulación de las corrientes no se modela.
Motores contribuyen a fallas de barras, pero las cargas no.
La corriente de falla del rectificador en la terminal del rectificador se especifica en el cuadro de diálogo del rectificador.

Motor CC

Figura 1: Motor CC

La característica eléctrica simplificada del motor de CC puede ser descrita por la siguiente ecuación:

V_t = E_a + I_a * R_a

Donde,

V_t = Tensión de terminal

E_a = Tensión inducida de armadura (fuerza contraelectromotriz)

I_a = Corriente de armadura

R_a = Resistencia de armadura

Los factores que afectan a la tensión inducida de armadura son:

Flujo magnético
Número de conductores de la armadura
Velocidad

Arranque motor CC: Mientras se arranca un motor CC, la velocidad es inicialmente cero, entonces Ea es cero. Como resultado, la corriente de arranque es alta. La corriente de arranque puede calcularse por medio de la ecuación:

Contribución de CC de cortocircuito del motor: La velocidad se asume a la velocidad nominal, por lo que Ea está cerca de la tensión del sistema. La tensión del terminal V_t colapsa a cerca de cero por una falla cerca del terminal. El signo negativo representa el flujo de corriente fuera del motor.

La impedancia Ra se utiliza como el modelo de cortocircuito en los cálculos.

Ejemplo de Arranque Motor con Estator y Rotor en Paralelo

Datos de Motor: HP = 100; V = 250; Eficiencia = 95%; R_la = 0,05 ohmios

Corriente de Plena Carga = Entrada kW / V = HP * 0,746 / (Eficiencia * kV)

= 310 amperios

Corriente de Arranque = V / Ra

= 250 / 0,05 = 5000 Amperios

Resistor de Arranque para limitar la corriente a 4 x FLA:

R_total = R_a + R_arranque

R_total = V / (4 x FLA) = 250 / (4 x 310) = 0,20 ohmios

R_arranque = 0,20 – 0,05 = 0,15 ohmios

Contribución del cortocircuito a la falla de terminal:

~ 250 / 0,05 ~ 5000 Amperios

Estimación de Resistencia de Armadura

Lo mejor es utilizar la resistencia de la armadura del fabricante si está disponible. La resistencia de la armadura debe incluir la resistencia del conmutador. Ante la falta de información exacta, podemos hacer algunas suposiciones. El siguiente gráfico muestra el porcentaje de impedancia calculada de unos motores de CC obtenidas de una instalación.

Figura 2: Impedancias Porcentaje Calculadas para Muestra de Motores de 230V CC

Para un motor de potencia nominal de 50HP, 230V, 0,9 eficiencia, vamos a estimar la resistencia de la armadura. Para este ejemplo, supongamos 8% de impedancia. Esta es la cantidad de caída de tensión que hay sobre la armadura y del colector a plena carga.

V_caída = 8% de 230 = 18,4V en FLA.

Corriente de Plena Carga = 0,746 * HP / (Eficiencia * V) = 180A

R_a = V_caída / Corriente de Plena Carga = 18,4 / 180 = 0,1 Ohmios

Batería

Una batería se modela como una fuente de tensión y una resistencia en serie (resistencia interna). Esto es cierto tanto para el cortocircuito y el análisis de flujo de potencia.

Figura 3: Modelo de Batería Eléctrica

Figura 4: Cuadro de Diálogo Datos de Batería

Descripciones de Opción

Opción

Descripción

kV Nominal Total

Este es el valor nominal de la tensión total de la cadena de baterías. Si tiene varias baterías conectadas en serie, se suman la tensión de las baterías individuales. Para la conexión en paralelo de baterías similares, deje la tensión tal como está.

Multiplicador para Cargar

Este es el multiplicador para la tensión de la batería que refleja el estado de carga. Por ejemplo, una batería completamente cargada podría tener 1,05 y una batería ligeramente descargada puede tener 0,95 como el multiplicador de cargar.

R Total

Esta es la resistencia interna de la cadena de baterías en ohmios. Se puede obtener la resistencia interna del fabricante. He aquí algunos datos típicos para baterías:

Tipo de Batería	Porcentaje de Impedancia
Inundado	10-15%
Gel	12-16%
Separador de Vidrio Absorbente (AGM)	2%

Referencia: http://www.solar-electric.com/agm-battery-technology.html

Corriente Nominal

La corriente nominal de la batería o la cadena de las baterías. La capacidad nominal de corriente es amperios-hora dividido por el tiempo de descarga para tales baterías. Por ejemplo, si tiene una batería de 200 Amperio-horas nominal de un tiempo de descarga de 8 horas, los amperios nominales son 200/8 = 25A.

Ejemplo de Cálculo de Resistencia de Batería

Una batería de plomo-ácido inundada tiene una capacidad nominal de 250V y 200 Amperio-horas con un tiempo de descarga de 8 horas. Estima la resistencia de la batería.

Amperios Nominales = 200 / 8 = 25A.

Vamos a suponer el 10% de impedancia para este caso.

R Total = V * (% Impedancia) / (Corriente nominal) = 250 * 0,1 / 25 = 1 Ohmio.

Banco de Baterías

Celdas idénticas múltiples o baterías pueden ser conectados en serie, en paralelo, o en una combinación de ambos.

Conexión en Paralelo: La capacidad actual se multiplica por el número de cadenas de baterías en paralelo. La resistencia de la batería se divide por el número de conexiones en paralelo. La tensión sigue la misma.
Conexión en Serie: Para una serie de baterías en serie, la capacidad de corriente sigue siendo el mismo. La tensión total es la tensión individual por el número de baterías en serie. La resistencia de la batería es la suma de las resistencias individuales.

Si tiene la impedancia en porcentaje, no hay necesidad de agregar o dividir el valor por ciento. Se puede calcular la resistencia con base en la tensión final y la capacidad de corriente.

Fotovoltaicos

El siguiente gráfico muestra una aproximación de las características V-I de fotovoltáicos. Esto es no lineal y se utiliza cuando al solucionar el flujo de potencia. Al aumentar la demanda de carga más allá de la capacidad del fotovoltáico, la tensión cae rápidamente.

Figura 5: Características V-I de Fotovoltaicos

Las características se derivan de las entradas definidas por el usuario en el cuadro de diálogo. Los datos importantes son:

Tensión del circuito abierto: Esto define donde la curva se encuentra con el eje de tensión a la derecha.
Corriente de Cortocircuito: Esto define donde la curva se encuentra con el eje de corriente a la izquierda.
Tensión a la que se entrega la potencia máxima: Esto define la "rodilla" de la curva.

Para más información sobre fotovoltáicos, ver Ejemplo 3: Sistema Fotovoltaico.

Análisis de Peligro de Relámpago de Arco CC

NFPA 70E, Edición 2015, Anexo D.5 describe el método para calcular la energía del peligro de relámpago de arco para equipo de CC de baja tensión. Este método se basa en el teorema de máxima transferencia de potencia similar al método de Ralph Lee para CA.

I_arco = 0,5 * Ibf

E_i = 0,01 * Iarco * V * t * Factor / D2