estudio de arco secundario

Estudio de Coordinacin de las Protecciones

del Sistema Interconectado Nacional AECP-2014

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ESTUDIO DE COORDINACIN DE LAS PROTECCIONES

DEL SISTEMA ELCTRICO INTERCONECTADO NACIONAL

ANEXO N 8

Estudio de Arco Secundario

Fecha Rev. Descripcin Elabor Revis Aprob

20/04/10 01 Estudio de Arco Secundario HFO HGM JCP

15/07/14 02 Estudio de Arco Secundario GCG/JCQ YJD RRA



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NDICE

1. ESTUDIO DE ARCO SECUNDARIO ........................................................................... 3

1.1 Planteo del problema 3

1.2 Factores influyentes del arco elctrico secundario 3

1.3 Datos y criterios utilizados en el estudio 4

1.4 Secuencia de eventos para la simulacin de las fallas 14

1.5 Resultados 15

2. CONCLUSIONES ...................................................................................................... 34

3. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS.......................................................................... 35

TABLAS

Tabla 1 Caractersticas de las lneas tomadas en cuenta para la elaboracin del presente estudio. ......................................................................................................................................... 4

Tabla 2 Parmetros de LT 500Kv la Nia - Trujillo ..................................................................... 7

Tabla 3 Parmetros de LT 500kV Carabayllo - Chimbote ........................................................ 8

Tabla 4 Parmetros de LT 500kV Chilca Poroma Ocoa - Montalvo ................................... 8

Tabla 5 Parmetros de la interconexin Mantaro Socabaya .................................................. 9

Tabla 6 Parmetros de la lnea Campo Armio Independencia ............................................. 9

Tabla 7 Parmetros de la lnea Paramonga Nueva Chimbote1 ............................................ 10

Tabla 8 Caractersticas de los varistores y resistencias no lineales ...................................... 13

Tabla 9 Caractersticas del circuito de amortiguacin ............................................................ 14

Tabla 10 Resultados para la lnea Trujillo La Nia ................................................................ 15

Tabla 11 Resumen Linea Trujillo La Nia .............................................................................. 18

Tabla 12 Resultados para la lnea Carabayllo Chimbote ...................................................... 19

Tabla 13 Resultados para la lnea Chilca Poroma ................................................................. 22

Tabla 14 Resultados para la lnea Poroma - Ocoa ................................................................. 26

Tabla 15 Resultados para la lnea Ocoa Montalvo .............................................................. 27

Tabla 16 Resultados del estudio para la lnea Mantaro - Cotaruse ......................................... 29

Tabla 17 Resultados del estudio para la lnea Cotaruse - Socabaya ...................................... 31

Tabla 18 Resultados para las lneas Campo Armio Independencia y Paramonga N. Chimbote 1 .................................................................................................................................. 33

Tabla 19 Resumen de los tiempos de extincin del arco secundario .................................... 33



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1. ESTUDIO DE ARCO SECUNDARIO

Como parte de la Actualizacin del Estudio de Coordinacin de Protecciones 2014, el presente informe determinara los tiempos mximos aceptables para la eliminacin de las fallas monofsicas a tierra en las principales lneas de transmisin de 500kV, 220kV y 138kV y de esa manera determinar los tiempos mnimos de espera para la ocurrencia del recierre monofsico.

1.1 Planteo del problema

Con el objetivo de disminuir el tiempo muerto de recierre monofsico, existen diversos modelos y mtodos para determinar el tiempo mximo de extincin del arco secundario.

Las variables de gran importancia para el anlisis del recierre monofsico en lneas de alta tensin se detallan a continuacin:

Corriente de arco secundario, es la corriente de falla que se manifiesta cuando se ha producido la apertura de los interruptores de la fase fallada en ambos extremos de la lnea y que esta perdura debido al acoplamiento electromagntico con las fases sanas no desconectadas.

Tensin de restablecimiento, el cual se manifiesta en el punto de falla de la fase aislada.

El arco secundario es funcin de tres factores bsicos: la tensin inducida en la fase abierta, la corriente residual constitutiva del arco y las caractersticas de la tensin de recuperacin del medio aislante donde se produjo la falla.

1.2 Factores influyentes del arco elctrico secundario

Existen varios factores influyentes para el arco elctrico secundario que a continuacin se detallan:

Parmetros de lnea

Los parmetros ms importantes de la lnea son susceptancias de secuencia positiva y secuencia cero.

Longitud de la lnea

Cuanto ms grande es la longitud de la lnea, ms grande es el valor de la corriente de arco secundario as como tambin la tensin de restablecimiento.

Transposicin de la lnea

Las transposiciones en las lneas de anlisis no tienen mayor influencia en la corriente de arco secundario y en la tensin de restablecimiento, cuando no se tiene compensacin en derivacin.

En el caso que se tuviese compensacin en derivacin, el valor de la corriente de arco secundario y el valor de la tensin de restablecimiento tienden a diferir si las lneas son transpuestas o no transpuestas.

Compensacin en derivacin



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Cuando se tiene reactores en derivacin sin reactancia de neutro o puesto slidamente a tierra, el valor de la corriente de arco secundario y el valor de la tensin de restablecimiento tienen mayor importancia.

Cuando se tiene reactor en derivacin con reactancia de neutro, se disminuye la corriente de arco secundario.

La diferencia radica en el valor de la derivada de la tensin de restablecimiento, para las lneas con compensacin reactiva tienen una derivada de la tensin menor que si la lnea no tuviera compensacin, por lo tanto es beneficioso la compensacin en derivacin.

Compensacin capacitiva serie y derivada

Cuando se tienen lneas con compensacin serie y derivada, los valores de la corriente de arco secundario alcanzan valores elevados si no se cuenta con un circuito de bay pass que tiene el propsito de cortocircuitar la compensacin serie.

Los capacitores serie tienen la propiedad de almacenar energa y esto incrementa la corriente de arco secundario, por lo tanto siempre es necesario cortocircuitar los bancos capacitivos.

Flujo de carga por la lnea

Cuanto mayor es el flujo por la lnea, mayor es el acoplamiento electromagntico originando que un mayor valor de la corriente de arco secundario y de tensin de restablecimiento.

1.3 Datos y criterios utilizados en el estudio

Los criterios generales adoptados para modelar los elementos de la red se basan en las recomendaciones generales y reglas definidas por organismos internacionales tales como CIGRE e IEC.

Los elementos de la red tales como los reactores, capacitores en serie y otros, fueron representados de manera detallada. Para los capacitores serie se ha considerado la caracterstica no lineal de los varistores y para los reactores de lnea se ha considerado los reactores de neutro.

Teniendo en cuenta los factores influyentes del arco elctrico secundarios (nivel de tensin, longitud de las lneas, presencia de reactores en derivacin y compensacin serie) para la elaboracin del presente estudio se ha tomado las siguientes lneas.

Tabla 1 Caractersticas de las lneas tomadas en cuenta para la elaboracin del presente estudio.

Vn Longitud Compensacin Nombre de lnea

R X B R0 X0 B0

(kV) (km) (/km) (/km) (S/km) (/km) (/km) (S/km)

500 327 Derivada Trujillo La Nia 0.0232 0.333 5.21 0.4452 1.3232 3.11

500 377 Derivada Carabayllo - Chimbote 0.0206 0.3134 5.1047 0.2074 1.0451 3.1089

500 357 Serie y Derivada Chilca Poroma 0.0257 0.351 4.7474 0.3063 0.9971 3.3587

500 271 Serie y Derivada Poroma Ocoa 0.0256 0.3461 4.8175 0.3679 1.1199 3.3081

500 260 Serie y Derivada Ocoa - Montalvo 0.0262 0.3431 4.8585 0.3445 1.0958 3.2574

220 294 Serie y Derivada C. Armio - Cotaruse 0.0396 0.3843 4.3252 0.337 1.47 2.736

220 315 Serie y Derivada Cotaruse - Socabaya 0.0396 0.3843 4.3252 0.337 1.47 2.736

220 247 No C. Armio Independencia 0.061 0.53 3.3171 0.3249 1.423 2.1846

220 221 No Paramonga N. Chimbote1 0.0899 0.48 3.3925 0.2475 1.6339 2.1846



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Para elegir las lneas de la Tabla 1 se ha tomado en cuenta todos las de nivel de 500kV, para niveles de tensin de 220kV aquellas de longitud mayor a 200km y para 138kV aquellas de longitud mayor a 150km, se esperan que los valores de las corrientes de arco secundario y la tensin de restablecimiento para las lneas seleccionadas sean las ms crticas para el SEIN.

Un caso particular es la interconexin Mantaro Socabaya, debido a que presentan como compensacin serie y reactores en derivacin, la cual hace interesante el clculo de la corriente de arco secundario, as como la dependencia de los elementos de dicha interconexin para el fenmeno en estudio.

1.3.1 Arco elctrico

El modelo del arco elctrico adoptado en el presente estudio est basado en el balance de energa de la columna de arco y describe un arco en aire por una ecuacin diferencial de la conductancia g(t):

)(1

gGdt

dg

Donde: : Constante de tiempo del arco.

:g Conductancia instantnea del arco.

:G Conductancia de arco estacionaria.

La conductancia de arco estacionaria est definida por:

st

arc

u

iG

||

Con

)(|).|( 00 tliruu arcarcst

Donde:

:arci Corriente de arco instantnea.

:arci Valor absoluto de la corriente instantnea.

:stu Tensin de arco estacionaria.

:arcl Longitud de arco instantnea.

:0u Caracterstica de la longitud de arco por longitud.

:0r Caracterstica de la longitud de arco por longitud.

Esta ecuacin diferencial puede ser resuelta por la funcin de LAPLACE y obtener lo siguiente:



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)(..1

1)( tG

stg

La resistencia de arco es un elemento dinmico no lineal tal como se ha descrito, y puede ser representado en el EMTP-ATP.

Los valores de los parmetros 0u y 0r se ha tomado segn [2]:

0u : 0.9kV/m

0r : 0.22m/m

Los resultados de las simulaciones realizadas con este modelo tiene en cuenta el fenmeno de la extincin del arco elctrico por efecto de su alargamiento y el aumento de la resistencia en el tiempo.

Para la verificacin de la extincin del arco secundario se tomar en cuenta que para sistemas de 200 a 300 kV es posible afirmar que los valores de corriente de arco secundario inferiores a 20 A (rms) no son crticos para la extincin del arco para el rango de valores de tiempo comprendidos para el autorecierre monofsico usado normalmente (0.5 1.5 s) segn el criterio adoptado en [1].

Si la corriente de arco secundario es superior a 30 A (rms) el tiempo de extincin puede ser demasiado grande como para conseguir un recierre rpido de acuerdo a la referencia [1].

En el siguiente grafico se muestra la resistencia de arco elctrico en funcin del tiempo modelado en el EMTP-ATP.

Figura 1 Modelo de la resistencia variable en el tiempo tomado para la simulacin

1.3.2 Lneas areas

Las lneas areas de interconexin fueron modeladas con la rutina J-Marti, que toma en cuenta la configuracin geomtrica, considerando una minimum frequency characteristic igual 0.6 Hz, maximum frequency characteristic igual a 600 kHz, correspondientes a seis dcadas con diez dcadas por decada, steady state frequency igual a 60 Hz y una modal calculation frequency de 500 Hz (ver Figura 2).

Las transposiciones fsicas fueron modeladas dividiendo la lnea en cuatro partes (1/6, 1/3, 1/3, 1/6 de la longitud total de la lnea).



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El valor de resistividad del terreno se ha considerado igual a 500 m para las lneas Campo Armio Independencia y Paramonga Nueva Chimbote1, y un valor de 200 m para la lnea Campo Armio Cotaruse y Cotaruse Socabaya.

Figura 2 Modelo tomado en cuenta (rutina J-Marti) para las lneas

Adems fueron considerados los cables de guarda, y las caractersticas geomtricas estn indicadas en las siguientes tablas.

Tabla 2 Parmetros de LT 500Kv la Nia - Trujillo

Parmetro Unidad Terna

Outer diameter of sub-conductors [mm] 13.07

Number of sub-conductors [N] 4

Distance among sub-conductors [mm] 457.2

Sub-conductors DC resistance */km+ 0.0766

Conductor phase A height at tower [m] 31.663

Conductor phase B height at tower [m] 31.663

Conductor phase C height at tower [m] 31.663

Conductor phase A horizontal [m] -10.45

Conductor phase B horizontal [m] 0.0

Conductor phase C horizontal [m] 10.45

Number of ground wires [N] 1

Outer diameter of ground wire [mm] 7



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Inner diameter of ground wire [mm] 0.0

Ground wire DC resistance */km+ 0.527

Ground wire height at tower [m] 38.92

Ground wire horizontal [m] -9.05

Tabla 3 Parmetros de LT 500kV Carabayllo - Chimbote




Distance among sub-conductors [mm] 457.2







Conductor phase C horizontal [m] 10.45


Outer diameter of ground wire [mm] 7

Inner diameter of ground wire [mm] 0.0

Ground wire DC resistance */km+ 0.25

Ground wire height at tower [m] 42

Ground wire horizontal [m] -9.05

Tabla 4 Parmetros de LT 500kV Chilca Poroma Ocoa - Montalvo




Distance among sub-conductors [mm] 400







Conductor phase C horizontal [m] -14.5


Outer diameter of ground wire 1 [mm] 4.57



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Inner diameter of ground wire 1 [mm] 0.0

Ground wire 1 DC resistance */km+ 4.1889

Ground wire 1 height at tower [m] 30.19

Ground wire 1 horizontal [m] -7.16

Outer diameter of ground wire 2 [mm] 7

Inner diameter of ground wire 2 [mm] 0.0

Ground wire 2 DC resistance */km+ 0.89

Ground wire 2 height at tower [m] 30.19

Ground wire 2 horizontal [m] 7.16

Tabla 5 Parmetros de la interconexin Mantaro Socabaya


1 Terna

2

Outer diameter of sub-conductors [mm] 26.7 26.7

Number of sub-conductors [N] 2 2

Distance among sub-conductors [mm] 400 400

Sub-conductors DC resistance */km+ 0.0815 0.0185

Conductor phase A height at tower [m] 24.8 24.8

Conductor phase B height at tower [m] 32.8 32.8

Conductor phase C height at tower [m] 40.8 40.8

Conductor phase A horizontal [m] -5.8 5.8

Conductor phase B horizontal [m] -5.8 5.8

Conductor phase C horizontal [m] -5.8 5.8

Number of ground wires [N] 2 2

Outer diameter of ground wire [mm] 0.555 0.555

Inner diameter of ground wire [mm] 0.0 0.0

Ground wire DC resistance */km+ 2.766 2.766

Ground wire height at tower [m] 47.6 47.6

Ground wire horizontal [m] -5 5

Tabla 6 Parmetros de la lnea Campo Armio Independencia


1 Terna

2



Distance among sub-conductors [mm] -- --





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1 Terna

2


Conductor phase C height at tower [m] 36 36




Number of ground wires [N] 2 2

Outer diameter of ground wire [mm] 13 13

Inner diameter of ground wire [mm] 0.0 0.0

Ground wire DC resistance */km+ 0.3318 0.3318

Ground wire height at tower [m] 39 39

Ground wire horizontal [m] -7.2 7.2

Tabla 7 Parmetros de la lnea Paramonga Nueva Chimbote1


1 Terna

2



Distance among sub-conductors [mm] 400 400




Conductor phase C height at tower [m] 36.1 36.1




Number of ground wires [N] -- --

Outer diameter of ground wire [mm] -- --

Inner diameter of ground wire [mm] -- --

Ground wire DC resistance */km+ -- --

Ground wire height at tower [m] -- --

Ground wire horizontal [m] -- --

1.3.3 Equivalentes de red

Los equivalentes de red fueron modelados a 60 Hz mediante el modelo ATP symetric RL coupled line, en cual los datos requeridos son la impedancia de secuencia positiva



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y secuencia cero, obtenidos a partir de los clculos de cortocircuito trifsicos y monofsicos.

Las fuentes de tensin fueron modeladas mediante el modelo ATP AC3PH - Steady-state Type 14 para generadores ideales teniendo en cuenta las tensiones de operacin de las barras y tambin teniendo en cuenta el flujo de potencia activa y reactiva por la lnea.

Figura 3 Equivalente de red a 60 Hz

1.3.4 Reactor en derivacin y de neutro

La mayora de las fallas en lneas de transmisin son de una fase a tierra, provocadas por la ruptura del aislamiento dielctrico en el aire. Para despejar esas fallas, se requiere recuperar el dielctrico del aire. Para esto, la fase afectada de la lnea es temporalmente aislada por la apertura de un interruptor en ambos extremos de la lnea, seguido de un recierre despus de un tiempo determinado.

Las lneas de transmisin de muy alta tensin largas son normalmente operadas con reactores shunt permanentemente conectados a las lneas a nivel de la subestacin. Las operaciones exitosas de recierre en estas lneas compensadas, se obtienen por medio del arco secundario. En lugar de la extincin del arco (primario), este arco se mantiene debido a la capacitancia e inductancia acoplada por las dos fases que no tuvieron falla. Un recierre exitoso se logra solamente si este arco secundario se extingue durante el periodo de tiempo muerto en que el interruptor est abierto.

Para mitigar los arcos secundarios, una prctica comprobada es aumentar la impedancia de secuencia cero del reactor shunt por medio de un reactor monofsico adicional, conectado entre el neutro del reactor y tierra.

Durante una operacin normal, el reactor de neutro est prcticamente sin carga. En caso de una operacin de recierre, este reactor se carga por un par de segundos, tpicamente entre un 15% y un 25% de la tensin del sistema, dependiendo de los parmetros de la lnea a la que los reactores shunt estn conectados. La potencia nominal de corto tiempo del reactor de neutro es slo un porcentaje muy bajo de la potencia continua del reactor shunt.

Para las lneas Mantaro Socabaya, los reactores en derivacin, han sido modelados teniendo en cuenta el acoplamiento electromagntico entre las fases, asimismo el reactor de neutro tiene un valor de 350 Ohm.

1.3.5 Capacitores serie

Se conectan en serie con los conductores de la lnea para compensar su reactancia inductiva. De esta manera se reduce la reactancia de transferencia entre las subestaciones de envo y recepcin, con lo cual se incrementa la potencia transmitida y se reduce las prdidas de potencia reactiva (X*I^2). Es un equipo de compensacin reactiva autorregulante, que incrementa su potencia reactiva incrementando la capacidad de transmisin.



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Han tenido mayores aplicaciones en transmisin para compensar la impedancia inductiva de lneas largas y mejorar la estabilidad del sistema y para posibilitar el reparto de carga en lneas de varios circuitos.

Figura 4 Banco de capaciotres serie

Descargador (spark gap, conocido como chispero), que provee una proteccin de respaldo contra sobretensiones para el varistor. Una vez que la tensin excede un valor determinado o la energa absorbida por el varistor supera su umbral trmico nominal, el chispero es forzado a activarse para hacer un bypass al capacitor.

Varistor de Metal Oxido (MOV): resistencia no-lineal de oxido de zinc (ZnO) que limita la tensin en el banco durante una falla y reinserta el banco inmediatamente despus que la corriente de falla se ha despejado. La energa es absorbida por el varistor sin necesidad que se cebe el arco en el descargador. El banco de capacitores y el varistor mantienen el circuito durante una falla, con la resistencia conduciendo ms corriente.

Circuito de amortiguacin, cuya funcin es limitar y amortiguar la corriente de descarga de los capacitores tras la operacin del chispero o del interruptor. El amortiguador est formado por un reactor con un resistor conectado en paralelo. Se utiliza para controlar la corriente de descarga del capacitor y reducir la tensin a travs del condensador despus de una operacin de bypass. El reactor es para limitar la corriente ya que se comporta como una gran impedancia durante transitorios bruscos de corriente. La resistencia es para aadir amortiguacin a la corriente de descarga del condensador.

Como se observa en la Figura 4 en paralelo con los capacitores serie hay circuitos de amortiguacin del tipo resistivo inductivo que se conectan mediante un interruptor de by-pass. El tiempo mximo de intervencin del mencionado interruptor es aproximadamente de 67ms (teniendo en cuenta el tiempo de maniobra del interruptor). Tal circuito se conecta a continuacin de la intervencin de las protecciones de distancia de la lnea o de la proteccin de sobretensin de los capacitores.



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Los capacitores serie han sido modelados con un banco de capacitores en serie con la lnea de transmisin, los valores de los capacitores son de 48.35 uF y 36.26 uF, siendo estas consideraciones para la interconexin Mantaro - Socabaya.

1.3.6 Varistores y resistencias no lineales

En la Tabla 8 se muestran las caractersticas de los descargadores y resistencias no lineales de la interconexin Mantaro - Socabaya.

Tabla 8 Caractersticas de los varistores y resistencias no lineales

Location Tipo Protective Level Coordinating

Current (MCOV) Energa

Cotaruse Norte

Descargador 112.4kVpk 8kA 34.56 kV 25MJ

Resistencia no-lineal

15kVpk -- 423 V 400kJ

(4 shots)

Cotaruse Sur

Descargador 149.9kVpk 7kA 46.08 kV 25MJ

Resistencia no-lineal

15kVpk -- 569 V 400kJ

(4 shots)

La curva de operacin de los varistores como proteccin de los capacitores serie se muestran en la Figura 5 Curva de operacin de los varistores de la S.E. Cotaruse

Norte, asimismo se ha modelado con pocos puntos para permitir la convergencia en la simulacin.

Figura 5 Curva de operacin de los varistores de la S.E. Cotaruse Norte

-1.4 3.8 9.0 14.2 19.3

I [kA]245.4

265.6

285.8

306.1

326.3 U [kV]



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Figura 6 Curva de operacin de los varistores de la estacin Cotaruse Sur

1.3.7 Circuitos de amortiguacin de los capacitores serie

Conjuntamente con los capacitores serie y los varistores, se encuentra el circuito de amortiguacin de los capacitores serie del tipo inductivo - resistivo no lineal, en serie se encuentra un interruptor By Pass que permite la descarga del capacitor.

En la Tabla 9 se muestra las caractersticas del circuito de amortiguacin.

Tabla 9 Caractersticas del circuito de amortiguacin

Localizacin Frecuencia de

descarga Reactor

Inductancia Resistencia

Cotaruse Norte 840 Hz

701 uH 0.03

Cotaruse Sur 943 uH 0.04

1.4 Secuencia de eventos para la simulacin de las fallas

La corriente de arco secundario y la tensin de restablecimiento, tienen dependencia de los parmetros antes mencionados y de la ubicacin de la falla a lo largo de la lnea.

La simulacin en el ATP consiste en la aplicacin de una falla monofsica en el momento ms critico (cuando la tensin cruce por cero), con una resistencia de falla, seguido luego de la apertura de los interruptores en ambos extremos de la lnea. La corriente de arco secundario se medir continuamente durante el transcurso del tiempo muerto y se considerar la extincin del arco secundario cuando se cumplan los criterios tomados de la referencia [1].

La secuencia de eventos de la simulacin es la siguiente:

Aplicacin de la falla monofsica.

Intervencin del interruptor By Pass luego de un tiempo de aproximadamente 70 ms, para las lneas con compensacin serie.

-1.9 2.4 6.6 10.9 15.1

I [kA]226.5

255.5

284.5

313.5

342.5 U [kV]



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Apertura de los interruptores de lnea.

Apertura del interruptor By Pass luego de 200 ms (capacitor descargado), para las lneas con compensacin serie.

Las condiciones de flujo de potencia se realizaron tomando en cuenta el escenario de avenida mxima demanda..

1.5 Resultados

1.5.1 Lnea 500 kV Trujillo La Nia

Caso 1: Operacin Normal

En la Tabla 10 se muestra el resumen de los resultados ms crticos encontrados con referencia a las fallas aplicadas en el centro y en los extremos de la lnea.

Tabla 10 Resultados para la lnea Trujillo La Nia

Lnea Caso Ubicacin de la

Falla

Vmin A Vmin B Vmin C

I(A) V(kVp) I(A) V(kVp) I(A) V(kVp)

LT Trujillo La Nia

500kV

Operacin Normal

S.E. La Nia 8.88 16.8 6.58 13.47 13.022 10.54

A LT Trujillo - LaNia

5.25 5 3.804 8.22 4.706 5.21

S.E. Trujillo 5.25 4.6 4.06 4.9 2.4 4.87

Los valores de la derivada de la tensin de reestablecimiento (RRTRV) no presentan valores crticos particulares en cuanto se mantienen siempre por debajo de 5kV/ms.

En las figuras 7 y 8, se muestra la evolucin de la corriente de arco secundario y la tensin de restablecimiento para una falla monofsica en la S.E.La Nia. En la falla simulada se est considerando que el inicio del tiempo muerto se da en 0.38 s y que el segundo circuito de la lnea se encuentra en servicio.



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Figura 7 Evolucin de la corriente de arco secundario en la S.E.La Nia

Figura 8 Evolucin de la tensin de restablecimiento en la S.E.La Nia

En las figuras 9 y 10, se muestra la evolucin de la corriente de arco secundario y la tensin de restablecimiento para una falla monofsica a la mitad de la lnea Trujillo La Nia.

NI500_T.pl4: c:CHTR5C-FALLA

NI500_S.pl4: c:CHTR5B-FALLA

NI500_R.pl4: c:CHTR5A-FALLA

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0-35.00

-26.25

-17.50

-8.75

0.00

8.75

17.50

26.25

35.00

NI500_T.pl4: v:CHTR5C-FALLA

NI500_S.pl4: v:CHTR5B-FALLA

NI500_R.pl4: v:CHTR5A-FALLA

0.5422 0.6338 0.7253 0.8169 0.9084 1.0000-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40*10 3



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Figura 9 Evolucin de la corriente de arco secundario a de la lnea Trujillo La Nia

Figura 10 Evolucin de la Tensin de restablecimiento a de la lnea Trujillo-La Nia

En las figuras 11 y 12, se muestra la evolucin de la corriente de arco secundario y la tensin de restablecimiento para una falla monofsica en la subestacin Trujillo.

FLT_TRUCHI500_T.pl4: c:X0020C-FALLA

FLT_TRUCHI500_S.pl4: c:X0020B-FALLA

FLT_TRUCHI500_RC.pl4: c:X0003A-FALLA

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0-35.00

-26.25

-17.50

-8.75

0.00

8.75

17.50

26.25

35.00Corriente de Arco - Falla Monofsica 1/2 LT 500kV Trujillo - LaNia

FLT_TRUCHI500_RC.pl4: v:X0003A-FALLA

FLT_TRUCHI500_T.pl4: v:X0020C-FALLA

FLT_TRUCHI500_S.pl4: v:X0020B-FALLA

0.5360 0.6288 0.7216 0.8144 0.9072 1.0000-30

-20

-10

0

10

20

30

*10 3

Tensin de Reestablecimiento - Falla monofsic a 1/2 LT.Truji-LaNia



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Figura 11 Evolucin de la corriente de arco secundario S.E. Trujillo

Figura 12 Evolucin de la Tensin de restablecimiento en la S.E. Trujillo

En las figuras mostradas y con el criterio adoptado para extincin del arco secundario [1] se aprecia que la extincin del arco secundario se realiza en menos de 500 ms.

En las Tabla 11, se resumen los resultados ms crticos encontrados con referencia a las fallas aplicadas.

Tabla 11 Resumen Linea Trujillo La Nia

Lnea Caso Ubicacin de la Falla


I(A) Twait

(s) I(A)

Twait (s)

I(A) Twait

(s)

LT Trujillo Operacin S.E. La Nia 8.88 6.58 13.02

TRU500_T.pl4: c:X0002C-FALLA

TRU500_S.pl4: c:X0002B-FALLA

TRU500_R.pl4: c:X0002A-FALLA

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0-35.00

-26.25

-17.50

-8.75

0.00

8.75

17.50

26.25

35.00

TRU500_T.pl4: v:X0002C-FALLA

TRU500_S.pl4: v:X0002B-FALLA

TRU500_R.pl4: v:X0002A-FALLA

0.52 0.58 0.64 0.70 0.76 0.82 0.88 0.94 1.00-25.00

-18.75

-12.50

-6.25

0.00

6.25

12.50

18.75

25.00*10 3



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La Nia

500kV

Normal 2

A LT Trujillo La Nia

5.25 3.804 4.706

S.E. Trujillo 5.25 4.06 2.4

1.5.2 Lnea 500 kV Carabayllo Chimbote

Caso 1: Operacin Normal


Tabla 12 Resultados para la lnea Carabayllo Chimbote

Lnea Caso Ubicacin de

la Falla


I(A) V(kVp) I(A) V(kVp) I(A) V(kVp)

LT Carabayllo - Chimbote

500kV

Operacin Normal

S.E. Carabayllo 13.4 16.47 38.84 35.48 16.06 11.9

A LT Carabayllo

Chimbote 4.06 4.5 8.4 7.36 6.68 4.38

S.E. Chimbote 10.12 6.77 11.6 13.55 11.6 10

Los valores de la derivada de la tensin de restablecimiento (RRTRV) no presentan valores crticos particulares en cuanto se mantienen siempre por debajo de 5kV/ms.

En las figuras 13 y 14, se muestra la evolucin de la corriente de arco secundario y la tensin de restablecimiento para una falla monofsica en la S.E.Carabayllo. En la falla simulada se est considerando que el inicio del tiempo muerto se da en 0.34 s

Figura 13 Evolucin de la corriente de arco secundario en la S.E.La Carabayllo

CA_T.pl4: c:CARC5C-FALLA

CA_S.pl4: c:CARC5B-FALLA

CA_R.pl4: c:CARC5A-FALLA

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0-50.0

-37.5

-25.0

-12.5

0.0

12.5

25.0

37.5

50.0



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Figura 14 Evolucin de la tensin de restablecimiento en la S.E. Carabayllo

En las figuras 15 y 16, se muestra la evolucin de la corriente de arco secundario y la tensin de restablecimiento para una falla monofsica a mitad de la Lnea Carabayllo - Chimbote. En la falla simulada se est considerando que el inicio del tiempo muerto se da en 0.34 s

Figura 15 Evolucin de la corriente de arco secundario a de la lnea Carabayllo Chimbote

CA_T.pl4: v :CARC5C-FALLA

CA_S.pl4: v :CARC5B-FALLA

CA_R.pl4: v :CARC5A-FALLA

0.5281 0.6225 0.7169 0.8112 0.9056 1.0000-60

-34

-8

18

44

70

*103

CHI_R.pl4: c:CHIC5A-FALLA

CHI_T.pl4: c:CHIC5C-FALLA

CHI_S.pl4: c:CHIC5B-FALLA

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0-35.00

-26.25

-17.50

-8.75

0.00

8.75

17.50

26.25

35.00



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Figura 16 Evolucin de la Tensin de restablecimiento a de la lnea Carabayllo Chimbote

En las figuras 17 y 18, se muestra la evolucin de la corriente de arco secundario y la tensin de restablecimiento para una falla monofsica en la S.E.Chimbote. En la falla simulada se est considerando que el inicio del tiempo muerto se da en

Figura 17 Evolucin de la corriente de arco secundario S.E. Chimbote

CHI_R.pl4: v :CHIC5A-FALLA

CHI_T.pl4: v :CHIC5C-FALLA

CHI_S.pl4: v :CHIC5B-FALLA

0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0-30

-20

-10

0

10

20

30

*103

LTCARBCHI_T.pl4: c:X0004C-FALLA

LTCARBCHI_S.pl4: c:X0004B-FALLA

LTCARBCHI_R.pl4: c:X0004A-FALLA

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0-25.00

-18.75

-12.50

-6.25

0.00

6.25

12.50

18.75

25.00



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Figura 18 Evolucin de la Tensin de restablecimiento en la S.E. Chimbote

1.5.3 LT 500 kV Chilca Poroma Ocoa Montalvo

LT 500kV Chilca - Poroma


Tabla 13 Resultados para la lnea Chilca Poroma


la Falla


I(A) V (kVp) I(A) V (kVp) I(A) V (kVp)

LT Chilca Poroma

500kV

Operacin Normal

S.E. Chilca 3.48 11.34 8.09 18.79 7.43 17.63

A LT Chilca Poroma

3.19 15.6 6.28 20.29 5.28 18.5

S.E. Poroma ( >500 ms)

118.4 38.44 135.9 40.92 145.7 33.34

S.E.Poroma ( 950 ms)

7.3 22.5 12.18 24.02 12.2 24.73


En las figuras 19 y 20, se muestra la evolucin de la corriente de arco secundario y la tensin de restablecimiento para una falla monofsica en la S.E.Chilca.

LTCARBCHI_T.pl4: v :X0004C-FALLA

LTCARBCHI_S.pl4: v :X0004B-FALLA

LTCARBCHI_R.pl4: v :X0004A-FALLA

0.5281 0.6225 0.7169 0.8112 0.9056 1.0000-25.00

-18.75

-12.50

-6.25

0.00

6.25

12.50

18.75

25.00

*103



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Figura 19 Evolucin de la corriente de arco secundario ante una falla en la S.E.Chilca

Figura 20 Evolucin de la tensin de restablecimiento ante una falla en la S.E.Chilca

En las figuras 21 y 22, se muestra la evolucin de la corriente de arco secundario y la tensin de restablecimiento para una falla monofsica en la S.E.Poroma.

CH_T.pl4: c:X0004C-XX0044

CH_S.pl4: c:X0004B-XX0044

CH_R.pl4: c:X0004A-XX0044

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0-35.00

-26.25

-17.50

-8.75

0.00

8.75

17.50

26.25

35.00

CH_T.pl4: v :X0004C-XX0044

CH_S.pl4: v :X0004B-XX0044

CH_R.pl4: v :X0004A-XX0044

0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0-150

-100

-50

0

50

100

150

*103



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Figura 21 Evolucin de la corriente de arco secundario ante una falla en la S.E.Poroma

Figura 22 Evolucin de la tensin de restablecimiento ante una falla en la S.E.Poroma

En las figuras 23 y 24, se muestra la evolucin de la corriente de arco secundario y la tensin de restablecimiento para una falla monofsica a mitad de la L.T.500kV Chilca Poroma.

PO_T.pl4: c:X0004C-XX0044

PO_S.pl4: c:X0004B-XX0044

PO_R.pl4: c:X0004A-XX0043

0.0 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5-70.0

-52.5

-35.0

-17.5

0.0

17.5

35.0

52.5

70.0

PO_T.pl4: v:X0004C-XX0044

PO_S.pl4: v:X0004B-XX0044

PO_R.pl4: v:X0004A-XX0043

0.94 0.98 1.02 1.06 1.10 1.14 1.18 1.22-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

200*103



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Figura 23 Evolucin de la corriente de arco secundario ante una falla linea

Figura 24 Evolucin de la tensin de restablecimiento ante una falla linea

Se observa que los valores de corrientes de arco secundarios para el caso de falla en la lnea Chilca Poroma superan los valores lmites permisibles para un tiempo muerto de 500 ms, lo cual se debe considerar tiempos muertos mayores, encontrndose que para un tiempo muerto igual o mayor a 950 ms, los valores de corrientes y tensiones de arco secundario estn por debajo de los lmites del COES.

LT 500kV Poroma - Ocoa

CHI_PO_T.pl4: c:X0009C-XX0043

CHI_PO_S.pl4: c:X0009B-XX0043

CHI_PO_R.pl4: c:X0009A-XX0043

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0-50.0

-37.5

-25.0

-12.5

0.0

12.5

25.0

37.5

50.0

CHI_PO_T.pl4: v :X0009C-XX0043

CHI_PO_S.pl4: v :X0009B-XX0043

CHI_PO_R.pl4: v :X0009A-XX0043

0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0-140

-105

-70

-35

0

35

70

105

140

*103



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Tabla 14 Resultados para la lnea Poroma - Ocoa


la Falla



LT Poroma - Ocoa

500kV

Operacin Normal

S.E. Poroma 23.32 28.41 30.23 32.8 37 37.3

LT Poroma - Ocoa

28.37 28.85 22.14 35.17 24.8 36.35

S.E. Ocoa 18.12 17.9 20.14 25.15 19.4 28.25

En las figuras 25 y 26, se muestra la evolucin de la corriente de arco secundario y la tensin de restablecimiento para una falla monofsica en la SE Poroma.

Figura 25 Evolucin de la corriente de arco secundario ante una falla en la S.E.Poroma

OC_T.pl4: c:X0004C-XX0044

OC_S.pl4: c:X0004B-XX0044

OC_R.pl4: c:X0004A-XX0044

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0-100

-75

-50

-25

0

25

50

75

100



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Figura 26 Evolucin de la tensin de restablecimiento ante una falla en la S.E. Poroma

LT 500kV Ocoa Montalvo


Tabla 15 Resultados para la lnea Ocoa Montalvo

Lnea Caso Ubicacin de la Falla



LT Ocoa - Montalvo

500kV

Operacin Normal

S.E. Ocoa 4.62 7.139 12.06 19.16 7.67 17.9

LT Ocoa Montalvo

17.5 11.74 11.3 13.73 20.94 11.68

S.E. Montalvo 13.6 12.48 14.8 24.6 17.4 30.3

En las figuras 27 y 28, se muestra la evolucin de la corriente de arco secundario y la tensin de restablecimiento para una falla monofsica en la SE Ocoa.

OC_T.pl4: v:X0004C-XX0044

OC_S.pl4: v:X0004B-XX0044

OC_R.pl4: v:X0004A-XX0044

0.5260 0.6208 0.7156 0.8104 0.9052 1.0000-300

-200

-100

0

100

200

300

*10 3



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Figura 27 Evolucin de la corriente de arco secundario ante una falla en la S.E.Ocoa

Figura 28 Evolucin de la tensin de restablecimiento ante una falla en la S.E.Ocoa

En las figuras 29 y 30, se muestra la evolucin de la corriente de arco secundario y la tensin de restablecimiento para una falla monofsica en la SE Montalvo.

OC_T.pl4: c:X0004C-XX0045

OC_S.pl4: c:X0004B-XX0045

OC_R.pl4: c:X0004A-XX0045

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

OC_T.pl4: v:X0004C-XX0045

OC_S.pl4: v:X0004B-XX0045

OC_R.pl4: v:X0004A-XX0045

0.5359 0.6287 0.7216 0.8144 0.9072 1.0000-150

-100

-50

0

50

100

150

*103



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Figura 29 Evolucin de la corriente de arco secundario ante una falla en la S.E. Montalvo

Figura 30 Evolucin de la tensin de restablecimiento ante una falla en la S.E. Montalvo

1.5.4 LT 220kV Mantaro Cotaruse Socabaya

LT 2200kV Mantaro - Cotaruse


Tabla 16 Resultados del estudio para la lnea Mantaro - Cotaruse

Lnea Caso de Localizacin

MO_T.pl4: c:X0004C-XX0045

MO_S.pl4: c:X0004B-XX0045

MO_R.pl4: c:X0004A-XX0045

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

MO_T.pl4: v:X0004C-XX0045

MO_S.pl4: v:X0004B-XX0045

MO_R.pl4: v:X0004A-XX0045

0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0-100

-70

-40

-10

20

50

80

110

*103



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simulacin Mantaro Cotaruse Tramo Cotaruse

I [Arms] Twait

[s] I [Arms]

Twait [s]

I [Arms]

Twait [s]

Campo Armio - Cotaruse

AV14MAX 10.49 0.3 19.45 0.3 18.80 0.3

AV14MAX Una terna

21.27 0.21 25.28 0.30 28.40 0.33

Twait representa el tiempo mnimo necesario para poder medir una corriente de arco inferior a 30A (rms) y por lo tanto garantizar, con buena probabilidad la extincin del arco.

Los valores de la corriente de arco secundario son los valores mnimos (medidos por al menos un perodo de la frecuencia de red 60Hz) calculados en los primeros 500ms despus de la apertura del primer extremo de la lnea.

En las siguientes figuras, se muestra la evolucin de la corriente de arco secundario y la tensin de restablecimiento para una falla monofsica en la S.E.Mantaro.

Figura 31 Evolucin de la corriente de arco secundario ante una falla en la S.E.Mantaro

COTBAM1A.pl4: c:X0009A-XX0043

COTBAM1C.pl4: c:X0009C-XX0043

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0[s]

-30

-20

-10

0

10

20

30

[A]



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Figura 32 Evolucin de la tensin de restablecimiento ante una falla en la S.E.Mantaro

LT 2200kV Cotaruse Socabaya


Tabla 17 Resultados del estudio para la lnea Cotaruse - Socabaya

Lnea Caso de

simulacin

Localizacin Cotaruse Cotaruse Tramo Socabaya

I [Arms]

Twait [s]

I [Arms] Twait

[s] I

[Arms] Twait

[s]

Cotaruse

Socabaya

AV14MAX 18.37 0.42 16.06 0.32 39.26 0.30

AV14MAX

Una terna 19.51 0.41 10.91 0.41 35.31 0.20


En las siguientes figuras, se muestra la evolucin de la corriente de arco secundario y la tensin de restablecimiento para una falla monofsica en la S.E. Socabaya.

COTBAM1A.pl4: v:X0009A-XX0043

COTBAM1C.pl4: v:X0009C-XX0043

0.60 0.65 0.70 0.75 0.80 0.85 0.90 0.95 1.00[s]

-100

-50

0

50

100

150

[kV]



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Figura 33 Evolucin de la corriente de arco secundario ante una falla en la SE Socabaya

Figura 34 Evolucin de la tensin de restablecimiento ante una falla en la S.E. Socabaya

Los valores de la tensin de reestablecimiento y de su derivada no son crticos, y estos tienen una evolvente lenta de la tensin en los extremos de la zona sede del arco (tpicamente a los extremos de los aisladores), como se puede ver en la Figura 33 y 34, el peor caso encontrado en las simulaciones (falla cercana de la subestacin Socabaya) en la cual se alcanzan los valores mximos de TRV iguales a 50,1kV (pk) y de RRTRV iguales a 7,57kV/ms.

COTBAM1A.pl4: c:X0010A-XX0051

COTBAM1B.pl4: c:X0010B-XX0051

COTBAM1C.pl4: c:X0010C-XX0051

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0[s]

-90

-60

-30

0

30

60

90

[A]

COTBAM1A.pl4: v:X0010A-XX0051

COTBAM1B.pl4: v:X0010B-XX0051

COTBAM1C.pl4: v:X0010C-XX0051

0.60 0.65 0.70 0.75 0.80 0.85 0.90 0.95 1.00[s]

-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

[kV]



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1.5.5 LT 220kV Mantaro Independencia y Paramonga Chimbote 1


Tabla 18 Resultados para las lneas Campo Armio Independencia y Paramonga N. Chimbote 1

Lnea Caso de

simulacin

LOCALIZACIN

EXTREMO LOCAL CENTRO EXTREMO REMOTO

I [Arms]

TRV [kVrms]

I [Arms] TRV

[kVrms] I

[Arms] TRV

[kVrms]

Campo Armio -

Independencia

AV10MAX 9.10 7.36 8.71 7.31 8.71 7.69

250 MW Una terna

19.27 14.26 16.77 14.59 15.95 12.06

Paramonga Nueva -

Chimbote 1

AV10MAX 11.64 7.24 12.60 7.49 11.91 7.01

250 MW Una terna

19.20 21.13 19.70 23.77 19.78 16.71

Los valores de la derivada de la tensin de reestablecimiento (RRTRV) no presentan valores crticos particulares en cuanto se mantienen siempre por debajo de 5kV/ms.

En la falla simulada se est considerando que el inicio del tiempo muerto se da en 0.38 s y que el segundo circuito de la lnea se encuentra en servicio. Se aprecia que la extincin del arco secundario se realiza en menos de 500 ms.

En la tabla 18 se muestra el resumen de los tiempos aproximados en cual se extingue el arco secundario a partir del inicio del tiempo muerto, considerando el caso ms crtico en cada caso.

Tabla 19 Resumen de los tiempos de extincin del arco secundario

Lnea Tiempo de extincin

de arco secundario (s)

Trujillo La Nia 0.38

Carabayllo - Chimbote 0.34

Chilca Poroma Ocoa - Montalvo

0.40

Mantaro Cotaruse 0.33

Cotaruse Socabaya 0.42

Campo Armio

Independencia 0.27

Paramonga Nueva

Chimbote1 0.45



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2. CONCLUSIONES

De los resultados obtenidos, teniendo en cuenta los criterios presentados del presente estudio tiempo mximo de extincin el arco secundario, se presenta las siguientes conclusiones.

De acuerdo a los resultados presentadas anteriormente, muestran que las TRV y la derivada de la tensin de restablecimiento obtenidas, se encuentran dentro de los lmites o zona permitida de las curvas estndar de la norma IEC establecidas para los interruptores a 500 kV y 220 kV para fallas terminales y kilomtricas. Para las fallas terminales se realizaron fallas trifsicas y para las fallas kilomtricas se realizaron fallas monofsicas

De acuerdo a los resultados de las simulaciones realizadas del estudio la corriente de arco secundario de la lnea en 500kV Trujillo La Nia, se encuentran debajo de los valores tomados como referencia para una alta probabilidad de extincin de arco secundario en un tiempo de 500ms, asimismo la derivada de la tensin de restablecimiento (RRTV) se encuentran debajo del valor de 10kV/ms el cual se considera adecuado para la extincin del arco elctrico

De acuerdo a los resultados de las simulaciones realizadas del estudio de arco secundario en la lnea de 500kV Carabayllo Chimbote, los valores de las corrientes de arco secundario, as como los valores de la tensin de restablecimiento y la derivada de la tensin de restablecimiento se encuentran debajo de los valores tomados como referencia para una alta probabilidad de extincin de arco secundario en un tiempo de 500ms, asimismo la derivada de la tensin de restablecimiento (RRTV) se encuentran debajo del valor de 10kV/ms el cual se considera adecuado para la extincin del arco elctrico.

De acuerdo a los resultados de las simulaciones realizadas del estudio de arco secundario en las lneas de 500kV Chilca Poroma Ocoa - Montalvo, los valores de las corrientes de arco secundario, as como los valores de la tensin de restablecimiento y la derivada de la tensin de restablecimiento se encuentran debajo de los valores tomados como referencia para una alta probabilidad de extincin de arco secundario en un tiempo de 500ms a excepcin de la lnea Chilca Poroma que se considera un tiempo mximo de 950 ms; asimismo la derivada de la tensin de restablecimiento (RRTV) se encuentran debajo del valor de 10kV/ms el cual se considera adecuado para la extincin del arco elctrico

De acuerdo a los resultados de las simulaciones realizadas del estudio de arco secundario en las lneas Paramonga Nueva Chimbote1 y Campo Armio Independencia, los valores de las corrientes de arco secundario, as como los valores de la tensin de restablecimiento y la derivada de la tensin de restablecimiento se encuentran debajo de los valores tomados como referencia para una alta probabilidad de extincin de arco secundario en un tiempo de 500ms.

Para el caso de la interconexin Mantaro Socabaya, los valores de corriente de arco secundario de la lnea Campo A. Cotaruse se considera que la probabilidad de extincin del arco es aceptable en un tiempo de 500ms. El caso mas critico encontrado es cuando uno de los circuitos de la interconexin Mantaro Socabaya se encuentra fuera de servicio y la falla aplicada se encuentra en el inicio de la lnea Cotaruse



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Socabaya en el lado de la S.E. Cotaruse, en esta condicin la corriente de arco secundario para un tiempo de 390 ms es de 24.55 A (pk).

Los valores de la tensin de restablecimiento de la lneas Paramonga Nueva Chimbote1 y Campo Armio Independencia se encuentran debajo de 40kV rms, asimismo la derivada de la tensin de restablecimiento (RRTV) se encuentran debajo del valor de 5kV/ms el cual se considera adecuado para la extincin del arco elctrico.

Los valores de la tensin de restablecimiento de la lneas Mantaro Cotaruse y Cotaruse Socabaya se encuentran por debajo de 40kV rms, asimismo la derivada de la tensin de restablecimiento (RRTV) se encuentran debajo del valor de 10kV/ms el cual se considera adecuado para la extincin del arco elctrico.

3. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

[1] T. S. CESI, Estudio de Arco Secundario ES 006XE-17-MT, 2004.

[2] M. Kizilcay, Member, IEEE, G. Ban, Fellow Member, IEEE, L.Prikler, Member, IEEE and P. Handl, Interaction of the Secondary Arc with the Transmition System during Single-Phase Autoreclosure.

estudio de arco secundario

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