FACULTAD INGENIERÍA ELECTROMECÁNICASEDE CÚCUTA

GUÍA DE SISTEMAS DE POTENCIA # 7

DIEGO ANDRÉS JARAMILLO TORRES

CÓDIGO: 21131218784

CORREO: diegjaramillo@uan.edu.co

UNIVERSIDAD ANTONIO NARIÑO UAN

INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA

SAN JOSÉ DE CÚCUTA

AÑO

2015

FACULTAD INGENIERÍA ELECTROMECÁNICASEDE CÚCUTA

SOLUCIÓN GUÍA # 7 SISTEMAS DE POTENCIA

DIEGO ANDRÉS JARAMILLO TORRES

CÓDIGO: 21131218784

CORREO: diegjaramillo@uan.edu.co

ESTE TRABAJO ES PRESENTADO AL INGENIERO:

EDGAR SANTOS

UNIVERSIDAD ANTONIO NARIÑO UAN

INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA

SAN JOSÉ DE CÚCUTA

AÑO

2015

FACULTAD INGENIERÍA ELECTROMECÁNICASEDE CÚCUTA

INTRODUCCIÓN

En el siguiente trabajo veremos los estudios de flujos de potencia ya que son de gran importancia en la planeación y diseño de la expansión futura de los sistemas de potencia, así como también en la determinación de las mejores condiciones de operación de los sistemas existentes.

Una falla en un circuito es cualquier evento que interfiere con el flujo normal de corriente. La mayoría de las fallas en líneas de transmisión de 115KV, o mayores, son originadas por las descargas atmosféricas (rayos), que dan como resultado el flameo de aisladores. La alta tensión entre un conductor y la torre aterrizada que lo sostiene, origina la ionización que provee de una trayectoria a tierra para la carga inducida por la descarga atmosférica.

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CÁLCULOS DE FALLA USANDO LOS CIRCUITOS EQUIVALENTES DE ZBARRA

No se puede construir una red realizable físicamente que incorpora de manera directa todos los elementos individuales de la matriz de impedancia de barra. Sin embargo, en la figura se muestra que pueden usar los elementos de la matriz para construir el circuito equivalente de thévenin entre cualquier par de barras en la red que puede ser de interés. El circuito equivalente de thévenin es muy útil para ilustrar las ecuaciones de las fallas simétricas que se han desarrollado en la sección 10.3.

En el circuito equivalente de thévenin de la figura (10.7a) se supone que la barra ha

fallado, mientras la no ha fallado. las impedancias nuestras corresponden

directamente a los elementos de la de la red y todos los voltajes de barra pre

falla son iguales a el voltaje de la barra fallada, si no se consideran las corrientes de carga. Los dos puntos marcados con una x tienen el mismo potencial y así, se pueden unir para dar el circuito equivalente de la figura (10.7b) con una sola fuente de

voltaje como se muestra. Sí el interruptor s está abierto entre la barra y el nodo de referencia, no hay cortocircuito y no fluye corriente en ninguna de las ramas de la

red. Cuando se cierra S para representar la falla en la barra , fluye corriente en el

circuito hacia la barra . Esta corriente es que concuerda con la ecuación

(10.19) e induce una caída de voltaje en la dirección desde el nodo de

referencia hacia la barra . Por lo tanto, el voltaje desde la barra ala de referencia

cambia por la cantidad de forma que el voltaje en la barra durante la

falla es el cual es un resultado congruente con la ecuación (10.26).

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Así al sustituir los valores numéricos apropiados para las impedancias en el circuito equivalente sencillo de la figura (10.7b), se pueden calcular los voltajes en las barras del sistema antes y después de que la falla ocurra. Con el interruptor S del circuito

abierto, los voltajes en la barra y la barra representativa son iguales a . El mismo perfil uniforme de voltaje ocurre en la figura 10.6 si no hay corriente prefalla, así

que y son iguales a . Si en figura (10.7b) el interruptor S está cerrado, el

circuito refleja el voltaje de la barra representativa con respecto a la referencia

mientras la falla es de sobre la barra . Por lo tanto, si ocurre una falla de cortocircuito

trifásico en la barra de una red a gran escala, se puede calcular la corriente en la falla y el voltaje en cualquiera de las barras que no han fallado simplemente al colocar los valores apropiados de impedancia dentro del circuito elemental, cómo los dados en la figura 10.7 el siguiente ejemplo ilustra este procedimiento.

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Estos valores junto con las impedancias de líneas se dan en por unidad en la figura

10.8 de la cual se puede determinar la matriz de impedancias de barra a través de su algoritmo de construcción, para así obtener:

Cómo se van a calcular las corrientes desde las barras y a la falla en la barra ,

se necesita conocer los valores de y durante la falla. Es de ayuda a visualizar circuitos equivalentes como los de la figura 10.9 para encontrar las corrientes y voltajes deseados.

La corriente subtransitoria en la falla trifásica de la barra se puede calcular en la figura 10.9 al cerrar el interruptor S, se obtiene:

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Se pueden desarrollar otros circuitos equivalentes basados en la matriz de impedancias de barra dada para las fallas trifásicas en cualquiera de las otras barras o líneas de transmisión del sistema.

SELECCIÓN DE INTERRUPTORES

Las compañías generadoras de electricidad suministran datos a los consumidores, quienes deben determinar las corrientes de falla con el fin de especificar los interruptores apropiados para una planta Industrial o para un sistema de distribución de potencia Industrial que se conecta el sistema de la compañía en un cierto punto. Generalmente, la compañía de potencia informa al consumidor de los megavoltiamperios es de cortocircuito que se esperan a voltaje nominal, en lugar de dar la impedancia de thévenin del sistema en el punto de conexión.

Esto es,

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Dónde en amperios es la magnitud del valor rms de la corriente de cortocircuito en una falla trifásica en el punto de conexión. Los megavoltiamperios base están

relacionados con los kilovoltios base y los amperios base por medio de:

El circuito equivalente de thévenin visto desde el punto de conexión del sistema es,

abordaje nominal una fem de por unidad en serie con la impedancia en por

unidad .

Por lo tanto, bajo condiciones de cortocircuito:

Frecuentemente la resistencia y la capacitancia paralelo se desprecian en cuyo caso

. Así, al especificar Los Mega Voltio amperios de cortocircuito en la barra del consumidor de la energía la compañía eléctrica está efectivamente describiendo la corriente de cortocircuito a voltaje nominal y el recíproco de la impedancia de thévenin del sistema en el punto de conexión.

Hay muchos estudios acerca de las capacidades de los interruptores y sus aplicaciones Así que el análisis aquí presentado sólo una introducción al tema. No se intenta que la presentación sea un estudio de las aplicaciones de los interruptores sino más bien una indicación de la importancia de entender los cálculos de falla. Se recomienda al lector consultar las publicaciones ANSI listas en los pies de página que vienen en esta sección, para tener una guía adicional en interruptores específicos.

Dos factores por considerar en la selección de interruptores desde el punto de vista de la corriente, son:

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Hasta este punto, se ha dado una mayor atención a la corriente subtransitoria llamada corriente simétrica inicial, que no incluye la componente de CD, incluir la componente de CD da como resultado un valor rms de la corriente inmediatamente después de la falla Qué es mayor al de la corriente subtransitoria. Para los interruptores en aceite por arriba de los 5 KV, la corriente subtransitoria multiplicada por 1.6 se considera como el valor rms de la corriente cuyas fuerzas disruptivas debe soportar el interruptor durante el primer medio siglo después de que la falla ocurre. A esta corriente se le llama corriente momentánea y los interruptores fueron, por muchos años, denominados por sus corrientes momentáneas así como por otros criterios.

La capacidad de interrupción de un interruptor se especifica en kilovoltioamperios o

megavoltioamperios. Los kilovoltioamperios de interrupción son iguales a x (los kilovoltios de la barra a la cual el interruptor está conectado) x (la corriente que el interruptor debe ser capaz de interrumpir cuando se abren sus contactos). Esta corriente de interrupción es, por supuesto, menor que la corriente instantánea y depende de la velocidad del interruptor (8, 5, 3 o 2 ciclos), que es una medida del tiempo que transcurre desde que ocurre la falla hasta la extinción del arco. Los interruptores de diferentes velocidades en clasificados por sus tiempos nominales de interrupción.

El tiempo nominal de interrupción de un interruptor es el período que transcurre entre el instante en que se energiza el circuito de disparo y la extinción del Arco en una operación de apertura de contactos. Antes de este periodo está el tiempo de retraso

de disparo, que generalmente se supone de 12

ciclo para que los reveladores operen.

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Generalmente, la corriente que un interruptor debe interrumpir es asimétrica porque todavía contiene algo de la componente de CD que decae. Una especificación de las capacidades preferidas para un interruptor de aceite de alto voltaje de CA sea establece las capacidades de corriente por interrumpir de los interruptores en términos de la componente de corriente asimétrica que es simétrica alrededor del eje 0. Esta corriente se llama de manera apropiada la capacidad de interacción simétrica requerida o simplemente la corriente de cortocircuito simétrica nominal. Con frecuencia se omite el adjetivo simétrica. La selección de los interruptores también se puede hacer sobre la base de la corriente total (incluso la componente de CD). Se limitará la discusión a un breve tratamiento de la base simétrica de la selección de interruptores.

Los interruptores se identifican por la clase de su voltaje nominal, tal como 69 KV. Dentro de otros factores que se especifican están la corriente continua nominal, el voltaje máximo nominal, el factor de Rango de voltaje K y la corriente de cortocircuito nominal a los kilovoltios máximos nominales. El voltaje máximo nominal de un interruptor es el voltaje rms más alto para el que está diseñado el interruptor. El factor de Rango de voltaje K es la relación dada por (el voltaje máximo nominal ÷ el límite inferior del Rango de voltaje de operación).

El valor de K determina el rango de voltaje sobre el qué el producto (corriente de cortocircuito nominal x voltaje de operación) es constante. En la aplicación de interruptores es importante no exceder la capacidad de cortocircuito de los interruptores. Se requiere un interruptor para tener una capacidad de interrupción simétrica máxima igual a K x la corriente de cortocircuito nominal.

Entre el voltaje máximo nominal y 1/K por el voltaje máximo nominal, se encuentra la capacidad simétrica de interrupción, que se define como el producto (corriente de cortocircuito nominal x (voltaje máximo nominal / voltaje de operación)).

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Un procedimiento simplificado, que se llama método para calcular las corrientes de cortocircuito simétricas, no considera ninguna resistencia, ni las cargas estáticas, ni las corrientes prefalla. En el método se usa la reactancia subtransitoria para los

generadores, y para los motores se recomienda usar la reactancia del motor multiplicada por 1.5, que es, aproximadamente, el valor de la reactancia transitoria del motor. Se desprecian los motores de inducción por abajo de los 50 hp y se aplican, de acuerdo con su tamaño, varios factores de multiplicación a la de los grandes motores de inducción. Si no hay motores, la corriente simétrica de corto circuito es igual a la corriente subtransitoria.

Cuando se usa el método de la , se debe examinar la impedancia que divide el

voltaje de falla para encontrar la corriente de cortocircuito. Al especificar un

interruptor para la barra , esta impedancia es el valor de de la matriz de impedancias de barra con las reactancias apropiadas de la máquina, porque la corriente de cortocircuito se expresa mediante la ecuación (10.19). Si la relación de de esta impedancia es de 15 o menos, un interruptor de voltaje y de los kilovoltioamperios correctos se puede usar si su capacidad de interrupción de corriente es igual o excede a la corriente calculada. Si no se conoce la relación , la corriente calculada no debe ser mayor del 80% del valor permitido para el interruptor al voltaje de barra existente. La guía de aplicaciones de la ANSI especifica el método correcto para tomar en cuenta las constantes de tiempo para CA y la de CD para el decaimiento de la amplitud de corriente si la relación de excede a 15. El método también considera la velocidad del interruptor.

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CONCLUSIONES

La corriente que fluye inmediatamente después de que ha ocurrido una falla en una red de potencia se determina mediante las impedancias de los elementos de la red y de las maquinas sincrónicas. La corriente de falla rms simétrica inicial se puede determinar al representar cada máquina por su reactancia subtransitoria en serie con el correspondiente voltaje interno subtransitorio. Las corrientes subtransitorias son mayores que las transitorias y que las de estado estable.

Los interruptores tienen capacidades determinadas por las corrientes instantáneas máximas que el interruptor debe soportar y después interrumpir. Las corrientes por interrumpir dependen de la velocidad de operación del interruptor. La selección apropiada y la aplicación de los interruptores se hacen (en los ESTADOS UNIDOS DE AMÉRICA) según las recomendaciones de los estándares de la ANSI, de los cuales se dan algunas referencias en este trabajo.