guía rápida t-flash

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GUÍA RÁPIDA: AMBIENTE DE SIMULACIÓN T - FLASH

DESCRIPCIÓN DEL SOFTWARE T-FLASH

El ambiente de simulación T-FLASH, desarrollado por EPRI, es una

herramienta que permite a ingenieros y especialistas analizar los efectos de

las descargas atmosféricas sobre una línea de transmisión eléctrica,

tomando en cuenta especificaciones técnicas de diseño tales como

posicionamiento de cables de guarda, nivel de aislamiento y resistencia de

puesta a tierra.

Ingenieros y especialistas pueden analizar el grado de protección en

una línea existente, para así determinar las acciones de mejora pertinentes

con el fin de aumentar la confiabilidad de la línea. El programa permite

también diseñar una nueva línea con un nivel de protección más óptimo y

económico.

1 ESTRUCTURA DEL AMBIENTE DE SIMULACIÓN T-FLASH

El programa T-FLASH tiene dos grandes componentes. La primera

sección del programa, donde los usuarios construyen el modelo de la línea

que va a ser analizada, se muestra en la parte superior del esquema de la

figura 50. La segunda sección del programa toma datos del modelo para

construir un modelo eléctrico para la simulación de la onda viajera y creación

de los reportes, los cuales son representados en la parte más baja del

esquema que se muestra a continuación:

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Figura 1. Estructura del Programa T-FLASH

La construcción de un modelo de línea de transmisión en T-FLASH

envuelve la selección de torres, conductores, aisladores, pararrayos y tipos

de terreno. El usuario también puede modificar las dimensiones y

características de los componentes de la línea. La segunda parte del

programa extrae datos del modelo para crear un modelo eléctrico de una

sección corta de la línea para ser usado en la simulación. Este aplica la

corriente de rayo a la línea y simula la propagación de la corriente a lo largo

de la línea y las torres.

2 CONSTRUCCIÓN DE UN MODELO DE LÍNEA DE TRANSMISIÓN EN

T-FLASH

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Para modelar una línea de transmisión en T-FLASH, el usuario debe

ingresar los datos requeridos por el software en tres (3) sets de tablas, las

cuales se describen a continuación:

2.1 PROJECT SETUP TAB (CONJUNTO DE TABLAS DE PROYECTO)

Este conjunto de tablas se usa para describir la línea a través de un

grupo de opciones del programa. En esta carpeta se identificarán al proyecto

y a su autor, junto con una breve descripción del objetivo de la investigación.

Por otro lado, se definirán el nivel de voltaje de la línea a modelar y el

número de circuitos asociados.

Figura 2. Carpeta “Project Setup Tabs”

2.2 GEOGRAPHY SETUP TAB (SET DE TABLAS DE DESCRIPCIÓN

GEOGRÁFICA)

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A través de este conjunto de tablas se puede modelar el corredor por

donde pasa la línea de transmisión. Esto se lleva a cabo introduciendo el

canal por segmentos geográficos con características topológicas similares,

para luego unirlos y conformar así el corredor completo de la línea.

Figura 3. Carpeta “Geography Setup Tabs”

2.3 LINE SETUP TAB (TABLA DE ESPECIFICACIONES DE LA LÍNEA)

En la carpeta “Line” se encontrarán un conjunto de tablas que

permiten describir cada torre existente en la línea, los conductores de guarda

y conductores de potencia, aisladores, pararrayos, terminaciones y otros. En

fin, se describen las características técnicas de la línea de transmisión.

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Figura 4. Carpeta “Project Setup Tabs”

Una vez ingresados todos los datos en los tres (3) sets de tablas se

tendrá modelada la línea de transmisión.

3 ANÁLISIS DE UN MODELO DE LÍNEA DE TRANSMISIÓN

Una vez que el modelo en T-Flash ha sido construido, muchos tipos de

análisis pueden ser realizados. A continuación se presentan las herramientas

de análisis para un modelo de línea de transmisión presentadas por el

software T-FLASH, de EPRI.

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3.1 MODEL CHECKER (EVALUACIÓN DEL MODELO)

Esta opción provee una rápida evaluación de las especificaciones

ingresadas para la línea y las torres, con el fin de detectar errores comunes

en los datos de entrada.

3.2 STATISTICAL FLASHOVER PERFORMANCE (RENDIMIENTO

ESTADÍSTICO ANTE DESCARGAS)

Los resultados que esta opción produce representan el rendimiento

anual promedio de la línea si ésta fue observada por un largo tiempo.

Este tipo de cálculo es usado para determinar el rendimiento total de la

línea basado en el rango completo de descargas atmosféricas a las cuales la

línea está sujeta. Para llevar a cabo este cálculo en el menú se selecciona la

opción Calculate/Statistics, y aparecerá un cuadro de diálogo para efectuar

los cálculos estadísticos.

Figura 5. Tabla de datos para cálculos estadísticos

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Sus funciones se describen a continuación:

1.- Whole Line: Usa todas las torres definidas en el modelo para los cálculos

como una línea completa.

2.- Repeating Line Section: Usa las torres especificadas para crear una

línea de una longitud dada por repetición de torres tantas veces como se

necesite hasta alcanzar la longitud deseada. Con esta opción se puede

introducir una torre simple y a través del programa modelarla tantas veces

se necesite hasta alcanzar la longitud dada. Se puede definir un grupo de

torres como un grupo desde una estructura inicial hasta una terminal y

duplicar ese bloque.

3.- Line subset: calcula estadísticas sólo para el grupo de torres

especificado en las casillas “From” y “To”. Las torres fuera de éste grupo

serán usadas cuando sea necesario para establecer correctamente las

terminaciones del grupo especificado.

4.- From: Es el número de la torre de partida usado para el bloque a repetir.

5.- To: es el número de la torre final usado para el bloque a repetir.

6.- Use all Towers: Llena el formato “From” y “To” con la primera y última

torre de la línea.

7.- Length: Con esta opción se selecciona el largo de la línea a simular.

8.- Stop simulation at first flashover: Esta opción no es recomendada para

líneas que tengan pararrayos. Cuando esta opción es usada los cálculos

estadísticos se detendrán cuando se tenga la primera descarga o flashover

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que resulta de cada golpe de rayo. Este tipo de cálculo es el más rápido,

pero no proporciona todos los detalles para el cálculo en fases múltiples y

descargas en circuitos. Pueden haber casos donde diferentes números de

descargas son reportados cuando ésta opción es seleccionada.

9.- Use Multiphase simulation of Line Voltage:. Al seleccionar esta opción

se ponen en marcha los cálculos estadísticos con seis (6) diferentes

combinaciones de voltaje de fase. Tarda seis veces más en correr pero

proporciona mejores resultados para fases múltiples y para múltiples circuitos

de descarga.

Al realizar los cálculos estadísticos, el programa arroja un diagrama

de barras el cual muestra las descargas o fallas por año. Hay una barra por

cada torre en la línea y en la barra se identifican los problemas existentes

mediante colores. Este diagrama provee una rápida manera de detectar

problemas en la línea.

Figura 6. Gráfico Estadístico de Falla

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Por ejemplo, si hay un salto repentino o subida en la barra por el color

correspondiente a “Phase Strike” (Golpe en Fase), el usuario debe revisar si

existen problemas de apantallamiento en esa área. Esto puede ser causado

por cambios en la inclinación del terreno, obstáculos a lo largo de la línea,

valles o colinas que se cruzan con la línea, o un cambio en la estructura que

permiten la atracción de golpes de rayo en los cables de fase. Una subida en

el color correspondiente a las descargas retroactivas (Backflashovers) puede

ser causada por una pobre resistencia de puesta a tierra o por cambios en la

geometría de la estructura.

Si el usuario realiza el cálculo en el modo “Line Subset” o “Repeating

Line section” sólo las torres seleccionadas tendrán data calculada.

3.3 STATISTICAL ARRESTER ENERGY FAILURE PERFORMANCE

(RENDIMIENTO ESTADÍSTICO DE PARARRAYOS)

Esta opción provee la rata de falla anual promedio de los

descargadores de sobretensión existentes en la línea.

3.4 OSCILLOGRAPHS (OSCILÓGRAFO)

Este tipo de análisis simula el rendimiento de la línea durante un

evento de descarga atmosférica. Para esto el usuario define las

características de la descarga atmosférica y su ubicación en la línea de

transmisión. T-Flash calcula los voltajes y corrientes en el punto de la línea

especificado por el usuario. El usuario puede simular una descarga

atmosférica de n kA (la cual podría originar un flashover) usando el

oscilógrafo. Así puede intentar diferentes técnicas para prevenir que ocurra

una descarga nuevamente.

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El oscilógrafo es usado para mostrar la respuesta del modelo ante un

golpe de rayo simple. El usuario tiene la capacidad de dirigir el golpe de rayo

a cualquiera de 3 ubicaciones por cada vano: En la torre, a mitad de vano y a

¾ de vano a la derecha de la torre. Puede también variar la corriente de rayo

y su forma de onda. Esta característica puede ser usada también

conjuntamente con el programa FALLS y su data para determinar la causa

exacta de una descarga o flashover asociada con un golpe de rayo de

localización y magnitud conocida.

El oscilógrafo puede ser usado para estudios de sensibilidad usando

parámetros tales como frente de tiempo o magnitud de corriente, o para

realizar estudios de pararrayos para golpes de rayo en cables de guarda y

fases.

Usando la opción Calculate/Oscillograph en el menú se obtendrá un

cuadro de diálogo denominado “Oscillograph Stroke Characteristics” para

poner en marcha el oscilógrafo. En este primer cuadro se definen las

características del golpe de rayo. Los parámetros de este cuadro se

describen a continuación:

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Figura 7. Ventana de entrada de datos para la opción “Oscillograph”

1.- Plot length: Describe la longitud del tiempo total del oscilógrafo.

2.- Report Flashovers: Cuando esta opción es marcada se añaden el

tiempo y localización de los flashovers al texto del reporte.

3.- Disable Arrester Failures: Cuando se marca esta opción se añade

información de fallas en pararrayos existentes en la línea al texto del reporte.

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4.- Disable Flashovers: Cuando se marca esta opción se anula el cálculo de

flashovers en aisladores y por lo tanto no se reportan.

5.- Use Phase: Para esta opción se usa el ángulo de fase especificado en

los circuitos trifásicos AC para calcular voltajes de fase.

6.- Use Phase Degrees: Es el ángulo de fase a usar para el circuito trifásico

cuando está habilitado. El ángulo de referencia “0” es el pico positivo en la

fase “A”.

7.- Tower Number: El número de torre o vano asociado al golpe de rayo.

8.- Conductor #: Con esta opción el usuario puede seleccionar el conductor

que es golpeado por el rayo.

9.- Location: con esta opción el usuario selecciona la localización del golpe

de rayo a lo largo del vano que está siendo golpeado.

10.- Find Critical Current: Cuando esta opción es habilitada, el rango

completo de corrientes de golpe de rayo es calculado para encontrar la

mínima corriente que produce descarga retroactiva.

11.- Peak KA: Define el pico de corriente de la forma de onda.

12.- Stroke Waveform: Se selecciona cualquiera de las formas de onda

disponibles en la base de datos del programa, también el programa permite

habilitar una forma de onda particular desde un archivo definido por el

usuario.

12.-T-Peak: Representa el tiempo de subida de la forma de onda.

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13.- T ½: representa el tiempo de cola de la forma de onda.

14.- T Máx. : Representa el tiempo que tarda la forma de onda en llegar a

cero.

15.- Tail KA (pu): Define el porcentaje del valor pico cuando una cola lineal

sustituye la curva de la forma de onda seleccionada.

16.- File Name: El nombre del archivo externo especificado por el usuario

para importar una forma de onda.

NOTA: Si el usuario cambia el número de torre que está siendo golpeada se

le preguntará si desea mover las ubicaciones existentes en el oscilógrafo con

la torre. Si se seleccione YES las posiciones del oscilógrafo se relación con

la nueva torre. Si selecciona NO las posiciones del oscilógrafo serán

borradas.

Una vez ingresados los datos en el primer cuadro, se hace clic en el

boton “Siguiente” y aparecerá el segundo cuadro de esta función,

denominado “Oscillograph Locations”. En este cuadro se define lo que

realmente se necesita medir. El recuadro “Graph Selection” debe empezar en

“1 of 1”. Sus parámetros se describen a continuación:

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Figura 8. Ventana de entrada de datos para localización del impacto De Rayo y parámetros de salida

1.- Oscillograph “X” of “Y”: Este control se usa para pasar por las

posiciones del oscilógrafo definidas.

2.- Add Graph: Añade una nueva función de oscilógrafo a la lista.

3.- Delete Graph: Borra el gráfico seleccionado.

4.- Tower Number: permite seleccionar en cual torre se realizará la

medición. La torre que usará como referencia para la medición se nombrará

como “Struck” después del número de torre.

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5.- Voltage at Tower Base: plasma el voltaje de la base de la torre respecto

a una tierra infinitamente lejana.

6.- Voltage conductor to earth: Plasma el voltaje del conductor con

respecto a una tierra infinitamente lejana.

7.- Voltage across the insulator: Plasma el voltaje a través de una cadena

de aisladores seleccionada.

8.- Current into Tower Ground: Plasma la corriente que va hacia la tierra de

la torre.

9.- Current Stroke: Plasma la forma de onda de la corriente de golpe de

rayo.

10.- Current left Span: Plasma la corriente en el conductor seleccionado que

va desde la derecha del vano hacia la torre seleccionada.

11.- Energy arrester: Plasma la energía absorbida por el pararrayos.

12.- Resistance Tower Ground: Plasma la resistencia efectiva de la tierra

de la torre. Note que para un modelo de tierra radial esto es calculado por las

corrientes de incidencia y reflexión en la base de la torre así que esto puede

ser no válido a bajas corrientes o corrientes invertidas.

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Una vez ingresados los datos, se obtendrá un gráfico del

comportamiento de la línea ante una descarga atmosférica según la opción

seleccionada en las opciones de la Figura 5.8.

Figura 9. Gráfico oscilográfico del comportamiento de la línea ante una descarga atmosférica

En la figura 5.9 se muestra el comportamiento del voltaje a través de la

cadena de aisladores de la fase 1 ante la incidencia de una corriente de

magnitud insuficiente para ocasionar un flashover.

3.5 FALLS STROKE ANÁLISIS (ANÁLISIS CON EL PROGRAMA FALLS)

Después de crear una lista de golpes de rayo en la línea y sus

alrededores usando el programa FALLS, el usuario puede usar T-Flash para

aplicar esos golpes de rayo a la línea para generar predicciones de rata de

falla.

3.6 LINE OPTIMIZER (OPTIMIZADOR DE LA LÍNEA)

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Este proceso aplica un conjunto de modificaciones seleccionadas a la

línea de transmisión para determinar el modo más económico de mejorar el

rendimiento de la línea ante descargas atmosféricas.

3.7 STROKE CHANNEL VIEWER (VISOR DE GOLPES DE RAYO)

Esta opción provee una visión de la sección transversal del corredor

de la línea mostrando cuales golpes de rayo impactan los conductores o

cuales impactan la tierra. Esto permite observar rápidamente cuales

conductores están siendo golpeados por una descarga atmosférica.

Esta opción provee valiosa información acerca de la magnitud de las

corrientes de rayo que pueden impactar los cables de guarda y cables de

fase, las cuales están identificadas a través de colores tal como se muestra

en la siguiente figura:

Figura 10. Ventana de golpes de rayo (Stroke Window)

Corriente de baja intensidad

Corriente de media intensidad

Corriente de alta intensidad







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Las corrientes de mayor intensidad se representan por el color rojo, las

de mediana intensidad por el color verde y las de baja intensidad mediante el

color azul.

Figura 11. Selección de los canales de corriente de rayo con la opción Next / Previous Current

En la figura anterior se puede observar que mediante la opción

“Next7Previous Current” se puede obtener la gama de canales de rayo de

una intensidad en particular para observar la probabilidad de incidencia sobre

la línea de transmisión.

Next/Previous CurrentNext/Previous CurrentNext/Previous Current

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4 MODELO DE ATRACCIÓN DE RAYOS DE EPRI

El modelo de EPRI para primero calcula una distancia de golpe de

rayo para la corriente que está siendo simulada mediante la fórmula:

6.065.0 ..34.1. MaxAltIStrokeDis (8)

Esta toma en cuenta que los cables más altos encima de la tierra

pueden acumular más carga y conectarse a una descarga líder a una gran

distancia.

La localización del canal es entonces cambiada hacia la línea para

simular la atracción causada por la carga inducida sobre los cables debido a

la descarga líder. Los factores en este cambio son:

Attraction factor (Factor de atracción)=1-(Channel Location/300)0.5

X Factor=(Channel location/300)0.5

N wires factor=(nWires/15)0.25

Max height Factor=(Max Height/100)0.25

Current Factor=1-(I/300)0.25

De donde:

Channel location: La coordenada original del canal

NWires: El número de cables en la torre

Max Height: El punto más alto de la torre

I: La corriente del rayo

Shifted Channel = Channel Location*

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(1-xfactor*nwires*maxheightfactor*currentfactor*attractionfactor)

La intersección del canal cambiado con una curva que es la distancia

por encima y alejada de los cables de la torre en el corredor de la línea es

calculada. El cable más cercano a este punto de intersección es hallado.

Posteriormente la altura de intersección de la tierra es calculada. La

inclinación de la tierra y los obstáculos localizados alrededor del corredor de

la línea son usados para determinar la altura de la tierra a la localización del

cable cambiado. Entonces las ecuaciones abajo son usadas para calcular la

altura de intersección sobre ese punto.

Si la altura máxima de la torre está por debajo de 40 m:

)43log(*7.16.3 heightRg (9)

de lo contrario:

5.5Rg (10)

Entonces la altura de intersección de la torre es:

.*10

__ StrokeDistRg

htstrkground (11)

Si este valor está por encima de la altura para la intersección del cable

encontrada arriba se asume que el golpe impacta laq tierra en lugar que el

cable.

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5 MODELO DE IONIZACIÓN DEL SUELO DE EPRI

El modelo de ionización del suelo de EPRI está basado en una serie de

experimentos a gran escala realizados en la EPRI Solutions. Este toma en

cuenta el área expandida de ionización alrededor de un conductor enterrado

incluyendo diferencias en las constantes de tiempo de ionización y des-

ionización.

El cálculo para cada electrodo (jabalina) o contrapeso se realiza como

sigue:

En primer lugar una constante de ionización es calculada la cual está

basada en la resistividad del suelo y la longitud del segmento de cable

contrapeso o jabalina.

LrEEPRI

oIonEPRI (12)

De donde:

ρo: Resistividad del suelo

EEPRI: Constante de Ionización

Lr: Longitud del cable.

Para cada paso de tiempo la corriente que fluye hacia tierra (Inet) es

usada para calcular un valor de diámetro máximo (Dmax) que representa el

tamaño del área que será ionizada si la corriente continúa en ese valor.

EIonInetIonEPRICionD max (13)

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El diámetro máximo es comparado al diámetro calculado en el paso de

tiempo anterior (Dt-1) para determinar si el área ionizada está creciendo o

encogiéndose.

If Dmax > Dt-1

D=Dt-1 + C1*(Dmax - Dt-1)

Else

D=Dt-1 - C2*(Dt-1 - Dmax)

El Nuevo diámetro (D) es usado para calcular la resistencia de la jabalina

o del segmento de contrapeso. Las constantes C1, C2, CIon, EIon, y Eg son

dependientes del tipo de suelo elegido.

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