práctica 09 tecnicas de las altas tensiones i

8/2/2019 Prctica 09 Tecnicas de las Altas Tensiones I

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Prctica 9: Simulacin de las sobretensionestemporales en un Sistema Elctrico de

Potencia. Zavala Gonzlez Eduardo

Escuela Superior de Ingeniera Mecnica y Elctrica, Instituto Politcnico Nacional, Distrito Federal, Mxico.

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I. INTRODUCCINEn este reporte se presentan el sistema detransmisin a simular con una sobretensintemporal, en el cual se simularon las fallas defase a tierra monofsica y una bifsica atierra.

II. OBJETIVO

Al trmino de la prctica el alumno:

- Simulara las sobretensionestemporales ante una falla de fase atierra y una falla bifsica a tierra enun Sistema Elctrico de Potencia.

III. INTRODUCCIN TERICA

Sobretensiones por una falla de fase a tierra.

Una falla simple de fase a tierra provoca unaumento en la tensin al neutro en las fasessanas. En los sistemas con neutros aislados oaterrizados a travs de una alta impedancia,puede provocar sobretensiones en las fasessanas hasta alcanzar valores similares a la

tensin entre fases. En los sistemasslidamente aterrizados, no permite que lassobretensiones crezcan a valores de tensinde fase.

El factor de falla a tierrak , se define como larelacin del valor mximo de la tensin eficazde fase a tierra durante la falla (en las fasessanas)U max y del valor de la tensin de fase atierra en condiciones normales de operacinU .

Sobretensiones por prdida sbita de carga orechazo de carga.

En los sistemas comerciales de transmisinde energa, el ngulo formado por latensiones en los extremos transmisor yreceptor determinan el porcentaje de potenciaactiva que se transmite, mientras la diferenciaexistente entre ambas tensiones establece elporcentaje de potencia reactiva que fluye atravs de la lnea.

Cuando una carga inductiva se desconectasbitamente en el extremo receptor de lalnea, la tensin de rgimen del mismo sufre
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un incremento, como consecuencia de unfenmeno transitorio que se le superpone.Este incremento de tensin afortunadamentede corta duracin, pero da origen asobretensiones temporales.

Sobretensiones por efecto Ferranti.

Las lneas de transmisin de grandeslongitudes sin compensacin, producenelevadas tensiones en el lado de la carga. Latensin en el lado de la carga est dado por lasiguiente ecuacin:

Donde:V1= tensin de envio o del lado de la fuentel= longitud de la lnea de transmisin= constate de fase de la lnea de transmisin

Sobretensiones por ferroresonancia.

La ferroresonancia se define como unfenmeno oscilatorio creado por lacapacitancia del sistema, en conjunto con lainductancia no lineal de un elemento conncleo magntico. Este podra ser untransformador de potencia, de medicin o unreactor de compensacin.

Este fenmeno se observa por lo general ensistemas de alta tensin y casi nunca ensistemas de distribucin de energa, ya que esprecisamente la capacitancia de las lneasmuy largas la que induce la ferroresonancia,siempre y cuando la inductancia del circuitoasociado se encuentre en condicionesfavorables para entrar en resonancia

Sobretensiones por armnicas.

Las oscilaciones armnicas en los sistemas depotencia son producidas por los sistemas nolineales, las cuales la principal fuente es lasaturacin magntica de los transformadoresy de los reactores de acoplamiento. Lacorriente de magnetizacin de esoscomponentes se incrementa rpidamente ycon un alto porcentaje armnicos paratensiones por arriba de su valor nominal. Porlo tanto, la saturacin de los transformadoresinyecta gran cantidad de corrientes dearmnica al sistema.

Mtodos para controlar la ST temporales.

Para la disminucin de las sobretensionestemporales, se pueden utilizar los siguientesmtodos:

- Aterrizamiento de los neutros. Aterrizado efectivamente. Aterrizado por medio

reactancias. Aterrizado por medio de

resistencias. Aterrizado por medio de un

TR de distribucin y resistor. Aterrizado por un medio de

un banco de tierras.- Compensacin paralelo a partir de

reactores.- Compensacin serie a partir de

capacitores- Compensacin serie-paralelo a base

de compensadores estticos.- Apartarrayos de ZnO.[1]


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IV. DESARROLLOSe comenzara a desarrollar cada uno de lostramos que se mencionan en la prctica, consus respectivos parmetros.

La red a modelar se muestra a continuacin,aplicando una falla de fase a tierra y una fallabifsica en el nodo indicado.

El diagrama del sistema de transmisin asimular, se presenta en la figura 1

Fig. 1 Sistema de transmisin a simular en el ATP-Draw.

De donde se tiene, que los tramos 1, 3, 6, 7, 8,9, son XLPE, adems, los primeros dos soncables de doble circuito, mientras que losdems son de un solo circuito.

La configuracin de los primeros dos cableses la que se presenta en la figura 2.

Fig. 2 Configuracin de los Cables XLPE simular en el ATP-Draw.

Para los tramos restantes, se tienen que sonlneas areas, con un calibre de conductor de1113 MCM.

El arreglo que deben de tener estas lneas semuestra en la figura 3.

Fig. 3 Configuracin de la lnea a simular en el ATP-Draw.

Para los primeros dos cables la configuracinsimulada es la que se presenta en la figura 4.

Fig. 4 Configuracin de los cables XLPE, simulados en elATP-Draw.

Para el caso de los otros cuatro tramos decable XLPE, la configuracin queda mostradacomo se indica en la figura 5.

Fig. 5 Configuracin de los cables XLPE (cuatro ltimostramos), simulados en el ATP-Draw.

En el caso de las lneas de transmisin, lasimulacin se muestra en la figura 6.

Fig. 6 Configuracin de las lneas de transmisin, simuladas enel ATP-Draw.


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V. ANLISIS DERESULTADOS

1. Localice y analice los puntos de la

red cortocircuitando una fase a tierra,de tal manera de obtener lascondiciones ms crticas.Posteriormente, realizar el mismoprocedimiento para la falla bifsica atierra. Se recomienda ajustar lostiempos de interrupcin de losinterruptores cuando la onda detensin pase por el cero natural.

2. Registre los valores obtenidos de lassimulaciones, dibujando el modelo,grafique sus curvas y calcule losvalores en pu de las sobretensionesoriginadas para ambos tipos de falla.Llene la tabla 1, para las fallas defase a tierra y bifsica a tierra:

TABLA ISOBRETENSIONES POR LA DESCARGA ATMOSFERICA

VISTA DESDE LAS SUBESTACIONES TIPO CLIENTESIN LA INSTALACIN DEL APARTARRAYOS.

casoTensin dereferencia[kV cresta]

Sobretensin[kV cresta]

Valoren pu

1A 187.794 Falla -B 187.794 228.4 1.21C 187.794 230.4 1.22

2A 187.794 231.07 1.23B 187.794 Falla -C 187.794 224.625 1.19

3A 187.794 230.4 1.22B 187.794 232.75 1.23C 187.794 Falla -

4

A 187.794 Falla -

B 187.794 Falla -C 187.794 225.1 1.19

5A 187.794 231.2 1.23B 187.794 Falla -C 187.794 Falla -

6A 187.794 Falla -B 187.794 231.09 1.23C 187.794 Falla -

Los resultados se encuentran en los anexoA2-A7, donde se muestran las grficas dedichas simulaciones, en la SE tipo cliente 2, ydel 8 al 13, se tiene lo obtenido en la SE tipocliente 1.

VI. CUESTIONARIO

- Describa las dems fuentes degeneracin de las sobretensionestemporales.

Sobretensiones por ondas errantes:

Se llaman as las ondas de tensin que sedesplazan con gran velocidad a lo largo de losconductores. Estas ondas pueden provocarelevadas sobretensiones, unas veces porquesu propia amplitud sea mayor que la tensinde servicio, otras veces porque el valor de suamplitud se incremente por reflexin o porcualquier otra causa. Generalmente, estasondas tienen forma peridica, concrecimiento rpido hasta el valor de cresta,que despus decrece lentamente. Veamos

cmo se forman las ondas errantes.Cuando se aplica instantneamente unatensin a un conductor, se produce unacorriente de carga en dicho conductor; almismo tiempo, progresa la tensin a lo largodel conductor, es decir, que en el conductorse origina una onda de tensin. Una onda deesta clase puede producirse, por ejemplo, acausa del efecto de un rayo descargado en laproximidad de la lnea. Para el estudiosimplificado de las ondas errantes se suponeque, en toda la longitud del conductor, existenlas mismas condiciones, es decir, que lacapacidad y la inductividad est.Uniformemente repartida en toda su longitud.Un conductor en estas condiciones sedenomina conductor homogneo. Si


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llamamos que, como cualquier otraimpedancia, se medir en ohmios.Generalmente LI y Cl se expresan enHenrios/km y Faradios/km, respectivamente,en cuyo caso, la impedancia caracterstica Z

estar expresada en ohmios/km.Sobretensiones por resonancias:

Otra causa de sobretensiones es la produccinde oscilaciones forzadas, que acaba porproducir resonancias. Estas resonanciasresultan muy peligrosas en tramos de granlongitud de conductores y cables de altatensin, as como en generadores cuyascurvas de tensin estn deformadas por

armnicos de orden superior.Pero es necesaria una resea de lascondiciones en que se produce estefenmeno, para entender mejor lascaractersticas de las sobretensionesproducidas.

Si conectamos en serie una resistenciahmica, una inductancia y una capacidad, latensin del circuito est expresada por:

Si en este circuito variamos la frecuencia f desde cero a un valor infinito, aumentartambin el valor de la reactancia inductiva2 f L desde cero a infinito; por el contrario, elvalor de la reactancia capacitiva

A este valor se denominafrecuencia deresonancia , que coincide, con la frecuenciapropia del circuito, es decir aqulla con lacual, el condensador se descargara por elcircuito si en ste no hubiera otra tensin quela del propio condensador. Por lo tanto, lareactancia inductiva equivale a la reactancia

capacitiva, si la frecuencia impuesta por elgenerador de corriente es igual a la frecuenciapropia del circuito. Esta condicin sedenominaresonancia .

Por otra parte, recordemos que la velocidadde propagacin de la onda.Lo que quieredecir que la velocidad de propagacin esabsolutamente independiente de la corriente yde la tensin y que solamente estdeterminada por la inductividad y por lacapacidad de la lnea.

Vamos a poner un ejemplo de aplicacin.Supongamos una lnea area de las siguientescaractersticas:

es decir, la velocidad de la luz.

Para casos prcticos, los valores de laimpedancia caracterstica son los siguientes:

Conductor simple. . . . . . Z.= 470ohmios/Km.

Conductor hueco. . . . . . Z = 440 ohmios/Km.

Conductor en haces. . . Z = 330 ohmios/Km.

Cable aislado. . . . . . . . Z = 30... 60ohmios/Km y los de las velocidades depropagacin se expresan a continuacin:

Lnea area. . . . . . v = 300.000 Km/segundo

Por lo tanto, la impedancia caracterstica deuna lnea area es unas diez veces mayor que


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la de un cable aislado y la velocidad depropagacin es aproximadamente la mitad enun cable. Cuando se produce una onda errantepor descarga de un rayo o por cualquiera otracausa, la onda de tensin de altura u se dirige

regularmente hacia ambos extremos delconductor, bajando, por lo tanto. la altura dela onda de tensin al valor u/2. Resultan as dos corrientes, dirigidas tambin hacia los dosextremos del conductor, y que valen:

Adems, hay que tener en cuenta que todoconductor elctrico tiene una resistenciahmica propia, la cual acta amortiguandogradualmente la onda errante, tal como seexpresa en la figura siguiente:

VII. CONCLUSIONESZavala Gonzlez Eduardo.

Lo visto en esta prctica es de sumaimportancia, ya que las sobretensionestemporales, son ms riesgosa, ya que estas nodesaparecen, sino hasta que se libere la falla.

Por lo que se tiene que tener un buen mtodopara el amortiguamiento de la misma, si seescoge un mtodo y no es el adecuado, por la

larga duracin de estas sobretensiones,causaran daos a las instalaciones, equipos,etc.

Al realizar las simulaciones, y hacer que lafalla inicie cuando la onda pase por cero, setiene mnimos aumentos de la tensin, peroque aun as son importantes y de cuidado,como estos se hizo en la SE tipo cliente 2, lasvariaciones que se obtuvieron msoscilaciones en la SE tipo cliente 1, dondedependiendo de la fase que tena falla, era lafase que se disminua radicalmente. Algosimilar paso cuando la falla se encuentra endos fases, visto desde la SE 1, donde las fasesdonde se tena falla estas disminuan con

respecto a la otra que quedo sana.En cuanto a los resultados, se presentaronsobretensiones por arriba del valor de latensin entre fases, por lo que los valores porp.u. entre 1.19 y 1.23.

REFERENCIAS

[1] Apuntes de TecATe 1, Capitulo 5. SobretensionesTemporales.


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ANEXOS

A1. Red Simulada en el ATP-Draw, para la simulacin de las sobretensiones por maniobra.

A2. Sobretensin vista desde la SE tipo cliente 2, debida a la falla de la fase A, Caso 1.


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A3. Sobretensin vista desde la SE tipo cliente 2, debida a la falla de la fase B, Caso 2.

A4. Sobretensin vista desde la SE tipo cliente 2, debida a la falla de la fase C, Caso 3.


9/13

A5. Sobretensin vista desde la SE tipo cliente 2, debida a la falla de la fase A y B, Caso 4.

A6. Sobretensin vista desde la SE tipo cliente 2, debida a la falla de la fase B y C, Caso 5.


10/13

A7. Sobretensin vista desde la SE tipo cliente 2, debida a la falla de la fase C y A, Caso 6.

A8. Sobretensin vista desde la SE tipo cliente 1, debida a la falla de la fase A, Caso 1.


11/13

A9. Sobretensin vista desde la SE tipo cliente 1, debida a la falla de la fase B, Caso 2.

A10. Sobretensin vista desde la SE tipo cliente 1, debida a la falla de la fase C, Caso 3.


12/13

A11. Sobretensin vista desde la SE tipo cliente 1, debida a la falla de la fase A y B, Caso 4.

A12. Sobretensin vista desde la SE tipo cliente 1, debida a la falla de la fase B y C, Caso 5.


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A13. Sobretensin vista desde la SE tipo cliente 1, debida a la falla de la fase C y A, Caso 6.

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