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ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORAL FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y COMPUTACIÓN SISTEMAS DE POTENCIA II ANÁLISIS DEL SISTEMA NACIONAL INTERCONECTADO DEL ECUADOR ING. JOSÉ LAYANA INTEGRANTES: ERICK CONDE MILTON CUENCA I TÉRMINO 2012 PROYECTO SISTEMA DE POTENCIA II

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ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORAL

FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y COMPUTACIÓN

SISTEMAS DE POTENCIA II

ANÁLISIS DEL SISTEMA NACIONAL

INTERCONECTADO DEL ECUADOR

ING. JOSÉ LAYANA

INTEGRANTES:

ERICK CONDE

MILTON CUENCA

I TÉRMINO 2012

PROYECTO SISTEMA DE POTENCIA II

1

Contenido 1. INTRODUCCIÓN .....................................................................................................................2

2. DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA ACTUAL (2004) .........................................................................3

3. DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA A DEMANDA MÁXIMA .............................................................4

4. DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA A DEMANDA MÍNIMA ..............................................................7

5. ANÁLISIS DE FALLA EN EL SISTEMA DE POTENCIA ............................................................. 10

6. CÁLCULO DE CORRIENTES DE FALLA TRIFÁSICA ................................................................. 25

7. ANÁLISIS DE CORRIENTE DE FALLA DE UNA FASE A TIERRA .............................................. 27

8. CÁLCULO DE CORRIENTES MOMENTÁNEAS ....................................................................... 28

9. CÁLCULO DE CORRIENTES DE INTERRUPCIÓN .................................................................... 30

10. CONCLUSIONES ............................................................................................................... 32

11. RECOMENDACIONES ....................................................................................................... 33

12. ANEXOS ......................................................................................................................... 034

2

1. INTRODUCCIÓN

Los sistemas eléctricos permanecen casi todo el tiempo en condiciones

operativas normales o de estado estable y gran énfasis se despliega

actualmente en el desarrollo de técnicas analíticas y en la aplicación de técnicas

de supervisión y de control para minimizar las excursiones de estado normal a

estados emergentes que pueden llevar a condiciones dinámicas, inestables o de

colapsos parciales o totales.

En este proyecto presenta muestra el sistema nacional interconectado, con

datos de generación y carga correspondientes al año 2004, con lo que se

procederá a simular el sistema y nos permitirá analizar cuando se está

trabajando a demanda máxima y demanda mínima con la ayuda del software

POWERWORLD; cabe recalcar que se usarán datos reales.

En el circuito pasaremos de un estado estable a un estado de falla, por lo que

hay que aplicar cálculos de fallas en todas las barras, y así mismo conocer los

datos de las corrientes de cortocircuito para poder prepararse a cualquier daño

causado por el mismo

3

2. DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA ACTUAL (2004)

Los valores de generación del sistema de potencia corresponden al año 2004 el cual consta de

barras, subestaciones de transformación, líneas de transmisión las características se detallarán

en tablas para mayor comprensión. La tabla 2.1 muestra las características de las

subestaciones de generación

TABLA #2.1

Sistema Nacional Interconectado

Datos de las subestaciones de Generación

NOMBRE DE SUBESTACION MW

ESMERALDAS 120

QUITO 350

AMBATO 300

PAUTE 1200

PORTOVIEJO 100

SALITRAL 480

TOTAL 2550

La tabla 2.2 muestra las características de las subestaciones de transformación y su respectiva

impedancia en por unidad lo cual se utilizó una base de 230 KV y 100 MVA

TABLA #2.2

Sistema Nacional Interconectado

Datos de las subestaciones de Transformación

SUBESTACION DE A Z (pu)

PASCUALES 230 KV 138 KV 8.0 %

QUEVEDO 230 KV 138 KV 8.0 %

STO. DOMINGO 230 KV 138 KV 8.0 %

La tabla 2.3 muestra las barras del sistema que en total son 12 además muestra el nivel de

voltaje que posee cada una TABLA #2.3

Sistema Nacional Interconectado

Barras Infinitas

NOMBRE KV

QUITO 230

QUEVEDO 230

SANTODOMINGO 230

PAUTE 230

PASCUALES 230

AMBATO 230

SANTO DOMINGO 138

ESMERALDAS 138

QUEVEDO 138

PORTOVIEJO 138

PASCUALES 138

SALITRAL 138

4

La tabla 2.4 y 2.5 muestra las características de las líneas de transmisión de 230 KV y 138 KV

como la longitud, sus respectivas impedancias, el número de circuitos y el tipo de conductor.

Se utilizó una base de 230 KV y 100 MVA para determinar la impedancia en por unidad de cada

línea de transmisión de 230 KV, en las líneas de 138KV se utilizó una base de 138KV y 100 MVA

TABLA #2.4

Sistema Nacional Interconectado

Datos de las líneas de transmisión

LÍNEA TIPO DE

CONDUCTOR CIRCUITOS

VOLTAJE (KV)

LONGITUD (KM)

R (Ω)

X (Ω)

KV, base

MVA, base

Z, base

R (pu)

X (pu)

Quito-Santo

Domingo 1113 2 230 78 4.7 38.4 230 100 529 0.01 0.07

Santo Domingo-Quevedo

113 2 230 105 6.1 49.2 230 100 529 0.01 0.09

Quevedo-Pascuales

1113 2 230 145 8.6 68.7 230 100 529 0.02 0.12

Pascuales-Portoviejo

1113 2 230 190 11.2 90.8 230 100 529 0.02 0.17

Portoviejo-

Ambato 1113 1 230 200 11.9 98.2 230 100 529 0.02 0.18

Ambato – Quito

1113 2 230 110 6.5 54 230 100 529 0.01 0.10

TABLA #2.5

Sistema Nacional Interconectado

Datos de las líneas de transmisión

LÍNEA TIPO DE

CONDUCTOR CIRCUITOS

VOLTAJE (KV)

LONGITUD (KM)

R (Ω)

X (Ω)

KV, base

MVA, base

Z, base

R (pu)

X (pu)

Santo Domingo-Esmeraldas

397.5 2 138 155 25.1 76.8 230 100 190.4 0.13 0.40

Quevedo-Portoviejo

397.5 2 138 134 21.7 67.6 230 100 190.4 0.11 0.35

Pascuales-

Salitral 477 2 138 18 2.3 8.5 230 100 190.4 0.01 0.04

Con estos datos diseñamos nuestros sistemas de potencia en POWERWORLD e ingresamos las

características de los elementos ya antes mencionados.

Se procederá a analizar el sistema en dos estados, en demanda máxima y demanda mínima

para ello tendremos que ajustar los datos de generación así como la colocación de reactores,

lo antes mencionado se lo detallará más adelante.

El gráfico 2.1 muestra cómo queda nuestro sistema en POWERWORLD en la situación actual

3. DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA A DEMANDA MÁXIMA

Analizaremos el sistema a plena carga y voltajes máximos, debido que con los datos de

generación administrados, al momento de simular el sistema de potencia resultó que el

sistema estaba sobrecargado y en las líneas existía muchas pérdidas para ello se colocaron

capacitores shunt en las barras donde decaía el voltaje debido a la sobrecarga, se encuentra

ubicados en las barras de:

Ambato (Amb 230)

Portoviejo (Prt 138)

5

Las características de estos capacitores se detallan en la tabla 3.1, se ajustó de tal

manera que en la barra donde se colocaron mantenga el nivel de voltaje entre 0.95 –

1.05 pu; la razón porque decaía el voltaje es que estas barras se encuentra lejos de la

generación TABLA #3.1

Sistema Nacional Interconectado

Datos de la capacidad de los capacitores

NOMBRE DE BARRA Capacidad (MVAR)

Ambato 100

Portoviejo 49

Con estas consideraciones simulamos nuestro sistema a demanda máxima, el grafico 3.1

detalla la ubicación la ubicación de los capacitores así como la generación de los mismos.

La tabla 3.2 nos muestra los correspondientes valores de carga a demanda máxima

TABLA #3.2

Sistema Nacional Interconectado

Datos de carga a demanda máxima conectadas a las barras

NOMBRE DE BARRA

VOLTAJE (KV)

CARGA (MW) FACTOR DE POTENCIA

QUITO 230 614 0.95

PASCUALES 230 285 0.95

PAUTE 230 175 0.95

AMBATO 230 193 0.95

SANTO DOMINGO 138 55 0.95

ESMERALDAS 138 55 0.95

QUEVEDO 138 65 0.95

PORTOVIEJO 138 157 0.95

PASCUALES 138 462 0.95

SALITRAL 138 296 0.95

TOTAL 2357.61834

Se mencionó que habíamos ajustados los datos de generación ya que el sistema no satisfacía la

demanda, estos valores se detallan en la tabla 3.3

TABLA #3.3

Sistema Nacional Interconectado

Datos de generación de Subestaciones

NOMBRE DE SUBESTACION MW (antes) MW (después)

ESMERALDAS 120 120

PORTOVIEJO 100 100

QUITO 350 245.7

AMBATO 300 300

PAUTE 1200 1200

SALITRAL 480 480

TOTAL 2550 2200

6

En un sistema libre de pérdidas los datos suministrados de las cargas y la carga conectada

serían las mismas pero notamos que no lo son, aquella diferencia representa todas las

perdidas presentes en el sistema, el software considera todos estos factores y no arroja

valores muy cercanos a los reales.

Habíamos dicho que se colocaron capacitores en las barras ya antes mencionadas porque el

nivel de voltaje era demasiado bajo, en la tabla 3.4 mostraremos el nivel de voltaje presente

en cada una de las barras, con la presencia de estos capacitores procuramos que este nivel se

mantenga en el rango de (0.95 - 1.05) pu que son los recomendados tanto para mínima y

máxima demanda.

TABLA #3.4

Sistema Nacional Interconectado

Nivel de voltaje presente en las barras

BARRA KV VOLTIOS p.u. VOLTIOS

(KV) ANGULO (grados)

QUITO 230 1 230 -89.5

SANTO DOMINGO 230 1.03 236.7 -88.3

QUEVEDO 230 1 230 -86.9

PASCUALES 230 1.04 239.3 -83.3

PAUTE 230 0.96 221.5 -65.7

AMBATO 230 0.99 137.5 -84.5

SANTO DOMINGO 138 0.99 137.5 -87.5

ESMERALDAS 138 0.99 137.5 -83.4

QUEVEDO 138 1 138 -87.5

PORTOVIEJO 138 0.98 136.2 -89.3

PASCUALES 138 1 138 -89.4

SALITRAL 138 0.98 136.4 -86.7

Este software también nos suministra las perdidas presentes en las líneas, el nivel

recomendado se encuentra entre un 4%, en la tabla 3.5 nos muestra las perdidas activas en las

líneas de 230 KV y 138 KV ya que son estas las que nos causa problemas en el aspecto

económico.

7

TABLA #3.5

Sistema Nacional Interconectado

Pérdidas en las líneas de transmisión

LINEA DE TRANSMISIÓN MW % PERDIDAS

Santo Domingo - Santo Domingo 0 0.0

Esmeraldas - Santo Domingo 0.75 0.96

Quito - Ambato 1.96 1.8

Santo Domingo - Quevedo 0.19 0.06

Quevedo - Quevedo 0 0.0

Santo Domingo - Quito 0.23 0.15

Quevedo - Pascuales 1.48 1.24

Paute - Pascuales 7.09 4.92

Portoviejo - Quevedo 0.61 0.32

Ambato - Paute 6.53 3.15

Pascuales - Salitral 2.73 1.59

Pascuales - Pascuales 0 0.0

PERDIDAS TOTALES 21.57 14.19

4. DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA A DEMANDA MÍNIMA

El siguiente análisis del sistema consiste al 50% de la carga total, se colocaron capacitores

shunt para mantener el nivel de voltaje en el rango recomendado, lo colocamos en las

siguientes barras:

Ambato (Amb 230)

Portoviejo (Prt 138)

El gráfico 4.1 muestra el sistema de potencia a 50% de la carga máxima así como la ubicación

de los capacitores shunt

Las características de estos capacitores se detallan en la tabla 4.1, se ajustó de tal manera que

en la barra donde se colocaron mantenga el nivel de voltaje entre 0.95 – 1.05 pu

TABLA #4.1

Sistema Nacional Interconectado

Datos de la capacidad de los capacitores

NOMBRE DE BARRA Capacidad (MVAR)

Ambato 100

Portoviejo 49

Con estas consideraciones simulamos nuestro sistema, la tabla 3.2 nos muestra los

correspondientes valores de carga a demanda máxima

8

TABLA #4.2

Sistema Nacional Interconectado

Datos de carga a demanda mínima conectadas a las barras

NOMBRE DE BARRA

VOLTAJE (KV)

CARGA (MW) FACTOR DE POTENCIA

QUITO 230 338 0.95

PASCUALES 230 156.6 0.95

PAUTE 230 96.1 0.95

AMBATO 230 106.3 0.95

SANTO DOMINGO 138 30.5 0.95

ESMERALDAS 138 30.5 0.95

QUEVEDO 138 35.6 0.95

PORTOVIEJO 138 86.5 0.95

PASCUALES 138 245.3 0.95

SALITRAL 138 162.7 0.95

TOTAL 1296.69

Ajustamos los datos de generación ya que el sistema presentaba muchas pérdidas, estos

valores se detallan en la tabla 3.3

TABLA #4.3

Sistema Nacional Interconectado

Datos de generación de Subestaciones

NOMBRE DE SUBESTACION MW (antes) MW (después)

ESMERALDAS 120 66

PORTOVIEJO 100 55

QUITO 350 33.1

AMBATO 300 300

PAUTE 1200 660

SALITRAL 480 264

TOTAL 2550 1378.1

Como se colocaron capacitores para mejorar el nivel el nivel de voltaje en las barras, estos

valores de voltaje se detallan en la tabla 4.4.

9

TABLA #4.4

Sistema Nacional Interconectado

Nivel de voltaje presente en las barras

BARRA KV VOLTIOS p.u. VOLTIOS

(KV) ANGULO (grados)

QUITO 230 1 230 -89.5

SANTO DOMINGO 230 1.03 236.7 -89.2

QUEVEDO 230 1 230 -88.4

PASCUALES 230 1.04 239.6 -86.2

PAUTE 230 0.97 224.9 -76.3

AMBATO 230 1.01 234.1 -84.5

SANTO DOMINGO 138 0.99 137.5 -88.6

ESMERALDAS 138 0.99 137.5 -86.5

QUEVEDO 138 1 138 -88.6

PORTOVIEJO 138 1.01 140.5 -90.2

PASCUALES 138 1 138 -89.6

SALITRAL 138 0.99 137.2 -88.1

Este software también nos suministra las perdidas presentes en las líneas, el nivel

recomendado se encuentra entre un 4%, en la tabla 4.5 nos muestra las perdidas activas en las

líneas de 230 KV y 138 KV ya que son estas las que nos causa problemas en el aspecto

económico. TABLA #4.5

Sistema Nacional Interconectado

Pérdidas en las líneas de transmisión

LINEA DE TRANSMISIÓN MW % PERDIDAS

Santo Domingo - Santo Domingo 0 0.0

Esmeraldas - Santo Domingo 0.23 0.01

Quito - Ambato 1.92 1.21

Santo Domingo - Quevedo 0.17 0.91

Quevedo - Quevedo 0 0.0

Santo Domingo - Quito 0.19 0.44

Quevedo - Pascuales 0.85 0.21

Paute - Pascuales 2.47 1.23

Portoviejo - Quevedo 0.52 0.03

Ambato - Paute 1.43 3.11

Pascuales - Salitral 0.82 0.64

Pascuales - Pascuales 0 0.0

PERDIDAS TOTALES 8.6 7.79

10

5. ANÁLISIS DE FALLA EN EL SISTEMA DE POTENCIA

Para nuestro caso analizaremos una falla trifásica en cada una de las 12 barras presentes en el

sistema, para ello necesitamos determinar la matriz de cortocircuito con ello nos permitirá

encontrar el nivel de corriente presente en esa barra y de esta manera tener una noción que

tipo de protección se debe colocar para de esta manera proteger el equipo que se vaya a

instalar en esa barra.

Para determinar esta matriz procederemos a redibujar el sistema colocando las respectivas

impedancias que poseen cada uno de los elementos que conforman el sistema.

Una vez determinada estas impedancias procedemos a encontrar los valores de voltaje cuando

ocurre la falla, nos basamos en la ley de ohm donde:

[ ] [ ][ ]

[ ]= matriz de voltaje de todas las barras

[ ]= matriz impedancia

[ ] Matriz de corrientes

Tendremos que determinar la matriz impedancia para cada caso, es decir cuando ocurre la

falla en la barra, para ellos inyectamos una fuente de corriente de valor 1 pu en la barra a

analizar.

Hacemos los pasos antes mencionados en cada una de las barras de esta manera obtendremos

la matriz cortocircuito que nos permitirá determinar la corriente de falla en pu, para obtener el

valor en amperios tendremos que sacar la corriente base en la barra donde ocurre la falla.

Utilizaremos el método de las mallas para determinar el valor de voltaje en las barras cuando

ocurre la falla, el gráfico 5.1 muestra el diagrama unifilar de nuestro sistema de potencia

INYECTANDO FUENTE DE CORRIENTE DE 1 PU EN BARRA 1

El gráfico 5.2 muestra el diagrama unifilar una vez inyectado la fuente de corriente

Planteando las ecuaciones de malla nos quedan las siguientes matrices:

[

]

[ ]

11

Resolviendo nos queda que las corrientes de malla son las siguientes:

Una vez calculado las corrientes procedemos a encontrar los voltajes en las barras con respecto a la

referencia:

( )( )

( )( )

( )( )

( )( )

( )( )

( )

( )

( )

( )( )

( )

( )( )

( )

12

INYECTANDO FUENTE DE CORRIENTE DE 1 PU EN BARRA 2

El gráfico 5.3 muestra el diagrama unifilar una vez inyectado la fuente de corriente

Planteando las ecuaciones de malla nos quedan las siguientes matrices:

[

]

[

]

Resolviendo nos queda que las corrientes de malla son las siguientes:

0.072

Una vez calculado las corrientes procedemos a encontrar los voltajes en las barras con respecto a la

referencia:

( ) ( )( )

( )( )

( )( )

( )( )

( )( )

( )

( )

( )

13

( )( )

( )

( )( )

( )

INYECTANDO FUENTE DE CORRIENTE DE 1 PU EN BARRA 3

El gráfico 5.4 muestra el diagrama unifilar una vez inyectado la fuente de corriente

Planteando las ecuaciones de malla nos quedan las siguientes matrices:

[

]

[

]

Resolviendo nos queda que las corrientes de malla son las siguientes:

Una vez calculado las corrientes procedemos a encontrar los voltajes en las barras con respecto a la

referencia:

( ) ( )( )

( )( )

( )( )

14

( )( )

( )

( )

( )

( )( )

( )

( )( )

( )

INYECTANDO FUENTE DE CORRIENTE DE 1 PU EN BARRA 4

El gráfico 5.5 muestra el diagrama unifilar una vez inyectado la fuente de corriente

Planteando las ecuaciones de malla nos quedan las siguientes matrices:

[

]

[

]

Resolviendo nos queda que las corrientes de malla son las siguientes:

15

Una vez calculado las corrientes procedemos a encontrar los voltajes en las barras con respecto a la

referencia:

( ) ( )( )

( )( )

( )( )

( )

( )

( )

( )( )

( )

( )( )

( )

INYECTANDO FUENTE DE CORRIENTE DE 1 PU EN BARRA 5

El gráfico 5.6 muestra el diagrama unifilar una vez inyectado la fuente de corriente

Planteando las ecuaciones de malla nos quedan las siguientes matrices:

[

]

[

]

16

Resolviendo nos queda que las corrientes de malla son las siguientes:

Una vez calculado las corrientes procedemos a encontrar los voltajes en las barras con respecto a la

referencia:

( ) ( )( )

( )( )

( )

( )

( )

( )( )

( )

( )( )

( )

17

INYECTANDO FUENTE DE CORRIENTE DE 1 PU EN BARRA 6

El gráfico 5.7 muestra el diagrama unifilar una vez inyectado la fuente de corriente

Planteando las ecuaciones de malla nos quedan las siguientes matrices:

[

]

[

]

Resolviendo nos queda que las corrientes de malla son las siguientes:

Una vez calculado las corrientes procedemos a encontrar los voltajes en las barras con respecto a la

referencia:

( )( )

( )

( )

( )

18

( )( )

( )

( )( )

( )

INYECTANDO FUENTE DE CORRIENTE DE 1 PU EN BARRA 7

El gráfico 5.8 muestra el diagrama unifilar una vez inyectado la fuente de corriente

Planteando las ecuaciones de malla nos quedan las siguientes matrices:

[

]

[

]

Resolviendo nos queda que las corrientes de malla son las siguientes:

Una vez calculado las corrientes procedemos a encontrar los voltajes de cada barra con respecto a la

referencia:

19

(( )( )

)

(

) ( )

( )( )

( )( )

(

) ( )

(

) ( )

INYECTANDO FUENTE DE CORRIENTE DE 1 PU EN BARRA 8

El gráfico 5.9 muestra el diagrama unifilar una vez inyectado la fuente de corriente

Planteando las ecuaciones de malla nos quedan las siguientes matrices:

[

]

[

]

Resolviendo nos queda que las corrientes de malla son las siguientes:

20

Una vez calculado las corrientes procedemos a encontrar los voltajes de cada barra con respecto a la

referencia:

(

) ( )

( )( )

( )( )

(

) ( )

(

) ( )

INYECTANDO FUENTE DE CORRIENTE DE 1 PU EN BARRA 9

El gráfico 5.10 muestra el diagrama unifilar una vez inyectado la fuente de corriente

Planteando las ecuaciones de malla nos quedan las siguientes matrices:

[

]

[

]

Resolviendo nos queda que las corrientes de malla son las siguientes:

21

Una vez calculado las corrientes procedemos a encontrar los voltajes de cada barra con respecto a la

referencia:

(( )( )

)

(

) ( )

(

) ( )

(

) ( )

INYECTANDO FUENTE DE CORRIENTE DE 1 PU EN BARRA 10

El gráfico 5.11 muestra el diagrama unifilar una vez inyectado la fuente de corriente

Planteando las ecuaciones de malla nos quedan las siguientes matrices:

[

]

[

]

22

Resolviendo nos queda que las corrientes de malla son las siguientes:

Una vez calculado las corrientes procedemos a encontrar los voltajes de cada barra con respecto a la

referencia:

V1=

V2=

V3=

V4=

V5=

V6=

V7=

V8=

V9=

V10 ( ( )

) ( ) pu

V11= (

) ( ) pu

V12= (

) ( ) pu

INYECTANDO FUENTE DE CORRIENTE DE 1 PU EN BARRA 11

El gráfico 5.12 muestra el diagrama unifilar una vez inyectado la fuente de corriente

Planteando las ecuaciones de malla nos quedan las siguientes matrices:

[

]

23

[

]

Resolviendo nos queda que las corrientes de malla son las siguientes:

Una vez calculado las corrientes procedemos a encontrar los voltajes de cada barra con respecto a la

referencia:

V1=

V2=

V3=

V4=

V5=

V6=

V7=

V8=

V9=

V10= pu

V11= pu

V12= (

) ( ) pu

INYECTANDO FUENTE DE CORRIENTE DE 1 PU EN BARRA 12

El gráfico 5.13 muestra el diagrama unifilar una vez inyectado la fuente de corriente

Planteando las ecuaciones de malla nos quedan las siguientes matrices:

24

[

]

[

]

Resolviendo nos queda que las corrientes de malla son las siguientes:

Una vez calculado las corrientes procedemos a encontrar los voltajes de cada barra con respecto a la

referencia:

V1=

V2=

V3=

V4=

V5=

V6=

V7=

V8=

V9=

V10= pu

V11= pu

V12= ( ( )

) ( ) pu

25

6. CÁLCULO DE CORRIENTES DE FALLA TRIFÁSICA

En los sistemas de potencia se produce una corriente de cortocircuito cuando entran en

contacto dos elementos estos pueden ser conductores de distintas fases o con la misma tierra

el cual produce corrientes de gran magnitud que están entre 4 a 20 veces la corriente nominal

del sistema.

Para nuestro caso analizaremos cuando ocurre una falla trifásica, es decir cuando se ponen en

contacto las 3 fases en un mismo punto.

Para determinar esta corriente nos valemos de la siguiente fórmula:

Donde:

Es el voltaje de pre-falla que tiene un valos de 1.0 p.u.

Es la impedancia que ve dicha barra en el momento de la falla.

Para determinar las corrientes de falla en amperios en cada una de las barras tenemos que

determinar las correspondientes corrientes bases, de esta manera tenemos que:

=

√ ( ) [ ]

=

√ ( ) [ ]

Con los cálculos ya realizados anteriormente nos permitirá determinar estas

corrientes, a continuación detallamos el valor de estas corrientes en por unidad y en

amperios

BARRA 1 (230 KV)

[ ]

BARRA 2(230 KV)

[ ]

26

BARRA 3 (230 KV)

[ ]

BARRA 4 (230 KV)

[ ]

BARRA 5 (230 KV)

[ ]

BARRA 6 (230 KV)

[ ]

BARRA 7(138 KV)

[ ]

BARRA 8 (138 KV)

[ ]

BARRA 9 (138 KV)

[ ]

27

BARRA 10 (138 KV)

[ ]

BARRA 11 (138 KV)

[ ]

BARRA 12 (138 KV)

[ ]

7. ANÁLISIS DE CORRIENTE DE FALLA DE UNA FASE A TIERRA

Para realizar el análisis de falla de una fase a tierra, utilizamos al simulador POWER

WORLD, el cual nos entrega los valores simulados de las respectivas corrientes de

falla con respecto a cada una de las barras del sistema. A continuación tenemos

los valores respectivos que nos entrega el simulador:

BARRA 1:

[ ]

BARRA 2:

[ ]

BARRA 3:

[ ]

BARRA 4:

[ ]

28

BARRA 5:

[ ]

BARRA 6:

[ ]

BARRA 7:

[ ]

BARRA 8:

[ ]

BARRA 9:

[ ]

BARRA 10:

[ ]

BARRA 11:

[ ]

BARRA 12:

[ ]

8. CÁLCULO DE CORRIENTES MOMENTÁNEAS La corriente momentánea corresponde al valor efectivo de la corriente de cortocircuito generada en el primer ciclo después de ocurrida la falla.

Como ya hemos calculado las corrientes de fallas trifásicas procedemos a calcular las

corrientes momentáneas de cada barra para lo cual debemos saber:

29

TABLA #7.1

Sistema Nacional Interconectado

Constantes para corrientes de momentáneas

m Voltaje de la barra

1.6 > 15 KV

1.5 4 KV – 15 KV

1.25 < 4KV

Como nuestro sistema de potencia tiene barras conectadas a más de 15KV el valor de la

constante m que utilizamos es de 1.6

La fórmula para calcular la I momentánea es la siguiente:

Entonces los cálculos de las corrientes momentáneas la detallamos a continuación:

BARRA 1

IM ( )( ) [ ]

BARRA 2

IM ( )( ) [ ]

BARRA 3

IM ( )( ) [ ]

BARRA 4

IM ( )( ) [ ]

BARRA 5

IM ( )( ) [ ]

BARRA 6

IM ( )( ) [ ]

BARRA 7

IM ( )( ) [ ]

30

BARRA 8

IM ( )( ) [ ]

BARRA 9

IM ( )( ) [ ]

BARRA 10

IM ( )( ) [ ]

BARRA 11

IM ( )( ) [ ]

BARRA 12

IM ( )( ) [ ]

9. CÁLCULO DE CORRIENTES DE INTERRUPCIÓN

Una vez que hemos realizado el cálculo de las corrientes de fallas trifásicas podemos encontrar

las corrientes de interrupción. Para esto debemos saber lo siguiente:

TABLA #8.1

Sistema Nacional Interconectado

Constantes para corrientes de interrupción

K Tiempo

1.4 2 s

1.2 3 s

1.1 5 s

1.0 > 8 s

Como el factor k depende del tiempo de interrupción del circuito, tomamos un tiempo de tres

segundos, correspondiendo a un factor de k igual a 1.2.

31

BARRA 1

Iin ( )( ) [ ]

BARRA 2

Iin ( )( ) [ ]

BARRA 3

Iin ( )( ) [ ]

BARRA 4

Iin ( )( ) [ ]

BARRA 5

Iin ( )( ) [ ]

BARRA 6

Iin ( )( ) [ ]

BARRA 7

Iin ( )( ) [ ]

BARRA 8

Iin ( )( ) [ ]

BARRA 9

Iin ( )( ) [ ]

BARRA 10

Iin ( )( ) [ ]

BARRA 11

Iin ( )( ) [ ]

BARRA 12

Iin ( )( ) [ ]

32

10. CONCLUSIONES

ANALISIS A DEMANDA MAXIMA

En este sistema funcionando a plena carga se daba sobrevoltages en las barras,

y también muchas pérdidas, por lo que se utilizo capacitores shunt para

disminuir las mismas.

Se utilizaron dos capacitores de 100 MVAR y 49 MVAR para poder aumentar el

voltaje en las diferentes barras, y así mismo disminuir las perdidas.

El voltaje máximo cuando se coloca los capacitores es de 1.04 pu en la barra de

la Sub estación eléctrica Pascuales.

La mayor pérdida se produce sobre la línea que va de Paute a Pascuales con un

valor de 4.92 KW

ANALISIS A DEMANDA MÍNIMA

El análisis a 50% de la carga máxima, el valor máximo de voltaje después de

haber colocado los capacitores se mantiene en 1.04 pu

La mayor pérdida se da en la línea que va de Ambato a Paute con un valor de

3.11 KW

ANALISIS DE CORRIENTES DE FALLA TRIFASICA

El máximo valor de corriente de falla trifásica se da en la barra 10 con un valor

de 38702 [A] y el valor mínimo se da en la barra 3 con un valor de 584 [A].

ANALISIS DE CORRIENTES DE FALLA DE UNA FASE A TIERRA

El máximo valor de corriente de falla de una fase a tierra se da en la barra 9 con

un valor de 3378 [A] y la corriente mínima se da en la barra 10 con un valor de

1106 [A]

ANALISIS DE CORRIENTES MOMENTÁNEAS

La corriente momentánea corresponde al valor efectivo de la corriente de

cortocircuito generada en el primer ciclo después de ocurrida la falla.

La corriente momentánea máxima se da en la barra 10 con un valor de 61293

[A] y la mínima se da en la barra 3 con un valor de 934 [A].

ANALISIS DE CORRIENTES DE INTERRUPCION

Esta corriente depende de una constante de acuerdo al tiempo de interrupción

del circuito, en el cual en este análisis tomamos un valor de 3 segundos.

La corriente de interrupción máxima del sistema se da en la barra 10 con un

valor de 54182 [A] y la mínima se da en la barra 3 con un valor de 817 [A].

33

11. RECOMENDACIONES Al momento de utilizar POWER WORLD se debe ingresar correctamente los valores de

los elementos a utilizar, para que el simulador nos muestre valores correctos del

sistema y del análisis.

Se debe tomar en cuenta que los voltajes en las barras del sistema debe estar en un

rango de 0.95 a 1.05 pu, para que el sistema funcione de manera normal y no con

sobrevoltage.

Para el sistema analizado se debe tener las protecciones respectivas que puedan

actuar cuando ocurra una falla, el cual pueda despejar la falla sin problemas.

No se debe colocar muchos bancos de capacitores, sino lo necesario para que el

sistema funcione de una manera correcta.

12. ANEXOS GRÁFICO #2.1

Sistema Nacional Interconectado

Sistema diseñado en POWERWORLD

1

GRÁFICO #3.1

Sistema Nacional Interconectado

Sistema a demanda máxima

2

GRÁFICO #4.1

Sistema Nacional Interconectado

Sistema a demanda mínima

GRÁFICO #5.1

Diagrama Unifilar

Sistema Nacional Interconectado

RÁFICO #5.2

Sistema Nacional Interconectado

Diagrama Unifilar al inyectar fuente de corriente en barra 1

1

GRÁFICO #5.3

Sistema Nacional Interconectado

Diagrama Unifilar al inyectar fuente de corriente en barra 2

GRÁFICO #5.4

Sistema Nacional Interconectado

Diagrama Unifilar al inyectar fuente de corriente en barra 3

2

GRÁFICO #5.5

Sistema Nacional Interconectado

Diagrama Unifilar al inyectar fuente de corriente en barra 4

GRÁFICO #5.6

Sistema Nacional Interconectado

Diagrama Unifilar al inyectar fuente de corriente en barra 5

3

GRÁFICO #5.7

Sistema Nacional Interconectado

Diagrama Unifilar al inyectar fuente de corriente en barra 6

GRÁFICO #5.8

Sistema Nacional Interconectado

Diagrama Unifilar al inyectar fuente de corriente en barra 7

4

GRÁFICO #5.9

Sistema Nacional Interconectado

Diagrama Unifilar al inyectar fuente de corriente en barra 8

GRÁFICO #5.10

Sistema Nacional Interconectado

Diagrama Unifilar al inyectar fuente de corriente en barra 9

5

GRÁFICO #5.11

Sistema Nacional Interconectado

Diagrama Unifilar al inyectar fuente de corriente en barra 10

GRÁFICO #5.12

Sistema Nacional Interconectado

Diagrama Unifilar al inyectar fuente de corriente en barra 11

6

GRÁFICO #5.13

Sistema Nacional Interconectado

Diagrama Unifilar al inyectar fuente de corriente en barra 12