Componentes simétricas: separa el desequilibrio en tres conjuntos equilibrados
Arrastra I_a y lee las tres componentes
De las tres corrientes de la izquierda, I_b e I_c están fijas en su posición equilibrada y solo se puede arrastrar la punta de I_a. Las tres barras de la derecha son, de arriba abajo, las magnitudes de la secuencia positiva I_1, la negativa I_2 y la cero I_0. Cuando la punta de I_a está donde el círculo unitario corta el eje horizontal a la derecha, el sistema está equilibrado: solo queda la secuencia positiva y la negativa y la cero valen 0. Como en esta figura solo se mueve I_a, en cuanto sale del equilibrio las dos barras de abajo crecen siempre juntas y con la misma longitud. La secuencia cero es 1/3 de la suma de las tres corrientes que viste en A5.
Una suma de tres conjuntos equilibrados
Según el teorema de las componentes simétricas, tres fasores cualesquiera, tengan la forma que tengan, se pueden escribir de una única manera como suma de tres conjuntos equilibrados. La secuencia positiva es un conjunto trifásico equilibrado con el mismo orden de fases que el sistema (a-b-c), la negativa es un conjunto equilibrado con el orden invertido (a-c-b) y la cero es un conjunto de tres fasores iguales en magnitud y en fase. Por eso I_a = I_1 + I_2 + I_0, e I_b e I_c son las mismas tres componentes giradas con el operador a (1∠120°) y sumadas.
Por qué separar lo hace más fácil
En un sistema equilibrado, los circuitos de secuencia positiva, negativa y cero no interactúan entre sí; quedan desacoplados. Por eso a cada generador y a cada línea se le asignan impedancias propias de secuencia positiva, negativa y cero, y una falla desequilibrada se resuelve conectando esos tres circuitos según el tipo de falla. Un problema desequilibrado difícil se convierte en tres problemas equilibrados conocidos. En operación normal solo circula la secuencia positiva; la corriente de secuencia negativa sobrecalienta el rotor del generador, y la de secuencia cero es la señal con la que los relés de protección detectan una falla a tierra.
Secuencia cero · la corriente de neutro de A5
La secuencia cero I_0 = (I_a + I_b + I_c)/3 es exactamente 1/3 de la corriente de neutro que viste en A5. Las tres corrientes de secuencia cero son iguales en magnitud y en fase, así que no se cancelan, sino que se suman y fluyen hacia el neutro o la tierra. Para eso hace falta un camino de retorno, como un neutro puesto a tierra, de modo que la corriente de secuencia cero no puede circular por las líneas de una conexión en Y sin neutro a tierra ni de una conexión en Δ (dentro de un Δ sí puede circular por el lazo). Esta secuencia cero, que valía 0 con el sistema equilibrado, se dispara en una falla a tierra en la que una fase toca tierra y se convierte en la pista que usa la protección.
De vuelta a la primera pantalla
En la primera pantalla, al colocar I_a en el punto de equilibrio, las barras de secuencia negativa y cero se encogieron hasta 0 y solo quedó la positiva; al alejarla, las dos barras crecieron juntas con la misma longitud. Un desequilibrio se reduce, al final, a cuánta secuencia negativa y cero se monta sobre la positiva. Entre ellas, la secuencia cero es la corriente que en A5 salía por el neutro repartida a partes iguales entre las tres fases, y una vez separadas así las fases desequilibradas en tres conjuntos equilibrados, la próxima unidad puede resolver cualquier falla como una conexión de circuitos equilibrados conocidos.
Con los tres circuitos de secuencia en la mano, la próxima unidad (PW-D3) trata los tipos de falla y la corriente de falla. Un cortocircuito trifásico se resuelve solo con el circuito de secuencia positiva; una falla en la que una línea toca tierra conecta en serie los circuitos positivo, negativo y cero; y un cortocircuito entre dos líneas conecta en paralelo el positivo y el negativo. De una falla a otra solo cambia la forma de unir los tres circuitos, así que la misma herramienta sirve tanto para el cortocircuito trifásico, que suele dar la mayor corriente, como para la falla a tierra, la más común, que se delata por la secuencia cero.