[modulo i] digsilent unmsm fiee rev01

8/9/2019 [Modulo i] Digsilent Unmsm Fiee Rev01

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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS

FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRONICA Y ELECTRICACENTROS DE EXTENSION UNIVERSITARIA Y PROYECCION SOCIAL

SISTEMAS ELECTRICOS DE POTENCIACON

DIgSILENT POWER FACTORY

CONTENIDO:

CREACION DE PROYECTOS ADMINISTRACION Y CREACION DE SISTEMAS ELECTRICOS ADMINISTRACION DE BASE DE DATOS FLUJO DE POTENCIA CORTOCIRCUITO SEGN NORMAS IEC Y ANSI FALLAS Y EVENTOS CON SIMULACIONES DINAMICAS

Ing. Rubn Americo Pahuacho Franco

Diciembre del 2014


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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOSCEUPS - FACULTAD DE INGENIERA ELECTRNICA Y ELCTRICA

SISTEMAS ELECTRICOS DE POTENCIA CON DIgSILENT POWER FACTORY Modulo I Pgina 2 / 79

Ing. Rubn Amrico Pahuacho Franco

CONTENIDO

1 INTRODUCCIN .................................................................................................... 6

2 DISEO DE UN NUEVO PROYECTO ................................................................... 7

2.1 Creacin de un proyecto .................................................................................................................. 7

2.2 Partes importantes de un proyecto .................................................................................................. 9

3 MODELAMIENTO DE LA RED ELCTRICA ....................................................... 11

3.1 Subestaciones elctricas ............................................................................................................... 11

3.1.1 Subestacin Elctrica 500/220KV ................................................................................. ........... 11

3.1.2 Lnea de transmisin doble terna (Tipo Pi) ........................................................... ................... 123.1.3 Lnea de transmisin doble terna (Tipo torre con acoplamiento magntico) ............................ 13

3.1.4 Lnea de transmisin simple terna (Tipo torre) ................................................................ ......... 14

3.1.5 Central Trmica .......................................................... .............................................................. 15

3.1.6 Central Hidroelctrica ........................................................... .................................................... 16

3.1.7 Carga importante Mina ......................................................... .................................................... 17

3.1.8 Subestacin elctrica de potencia Ciudad 220/60KV ............................................................... 18

3.1.9 Diagrama unifilar de transmisin ................................................................ .............................. 19

3.2 Construccin del sistema de distribucin ....................................................................................... 20

3.2.1 Diagrama unifilar de distribucin ................................................................ .............................. 21

4 FLUJO DE POTENCIA ......................................................................................... 22

4.1 Flujo de carga ................................................................................................................................ 22

4.2 Solucin del f lujo de carga ............................................................................................................. 22

4.2.1 Flujo de carga inicial ................................................................................................................ 23

4.2.1.1 Anlisis de los resultados..................................................................................................... 24

4.3 Control de subestacin .................................................................................................................. 26

4.3.1 Central Trmica .......................................................... .............................................................. 26

4.3.2 Central Hidroelctrica ........................................................... .................................................... 28

4.4 Determinacin de Taps automticos ............................................................................................ 29

4.5 Definicin de carga ........................................................................................................................ 31

4.5.1 Caracterstica domiciliaria ........................................................................................................ 32

4.5.2 Caracterstica carga Industria 1 ........................................... .................................................... 33

4.5.3 Caracterstica carga Industrial 2 ................................................................ ............................... 34

4.5.4 Caracterstica carga Mina ..................................................................................... ................... 35

4.5.5 Caracterstica carga Usuario Libre ............................................................. .............................. 36


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4.1 Creacin de Caso de estudio ......................................................................................................... 38

4.2 Creacin de Escenarios de Operacin .......................................................................................... 38

4.3 Calculo del flujo de carga ............................................................................................................... 40

5 CORTOCIRCUITO ................................................................................................ 41

5.1 Cortocircuito segn norma ANSI ................................................................................................... 41

5.1.1 Intervalo de primer ciclo (Momentnea) ................................................................ ................... 42

5.1.2 Red de interrupcin (Apertura de contactos).............................................. .............................. 43

5.1.3 Red de 30 ciclos ......................................................... .............................................................. 46

5.2 Cortocircuito mtodo IEC ............................................................................................................... 48

5.2.1 Falla lejana al generador ................................................................. ......................................... 49

5.2.2 Falla cercana al generador........................................ ............................................................... 52

5.2.3 Influencia de los motores ........................................................................... .............................. 55

5.3 Clculos de cortocircuito ................................................................................................................ 58

5.3.1 Clculo utilizando la norma ANSI ............................................................... .............................. 58

5.3.2 Calculo utilizando la norma IEC ............................................................................................... 59

5.4 Cortocircuito en bornes del generador ........................................................................................... 61

6 EXPANSIN DEL SISTEMA ELECTRICO .......................................................... 63

6.1 Creacin de una instalacin con Variacin................................................................................. 63

6.2 Calculo de flujo de carga y cortocircuito incorporando la nueva instalacin ................................. 64

7 SIMULACIONES DINAMICAS ............................................................................. 65

7.1 Simulaciones en el tiempo ............................................................................................................. 65

7.2 Eventos de fallas en el sistema elctrico ....................................................................................... 66

7.2.1 Evento 1: Salida lnea L-001 ........................................................... ......................................... 66



7.2.4 Evento 4: Falla monofsica al 50% de la lnea L-005 .............................................................. 69

7.2.5 Evento 5: Falla monofsica en L-007. ........................................................ .............................. 70

7.2.6 Evento 6: Falla trifsica en L-007, despeje de falla y apertura interruptor ............................... 71

7.3 Eventos de perdida de generacin en el sistema elctrico ........................................................... 72

7.3.1 Evento 7: Salida generador GE-03 ...................................... .................................................... 72

7.3.2 Evento 8: Salida generador GE-01 y GE-02 .............................................. .............................. 73


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7.4 Implementacin de rels de mnima frecuencia 87U para rechazo de carga ............................... 74

7.5 Implementacin de ajustes para rechazo de carga por mnima frecuencia .................................. 76

7.5.1 Evento 9: Falla monofsica, con re-cierre. ............................................................ ................... 767.5.2 Evento 10: Falla trifsica, con re-cierre exitoso y prdida de generacin ................................ 77

7.6 Puesta en marcha de un motor de media tensin ......................................................................... 78

7.6.1 Evento 11: Arranque de un motor con el sistema elctrico ...................................................... 78

7.6.2 Evento 12: Arranque de un motor con sistema elctrico aislado.............................................. 79

CUADROS _

Cuadro N 1: Despacho inicial de los generadores ................................................................... 23

Cuadro N 2: Resultados de flujo de carga inicial ..................................................................... 25

Cuadro N 3: Parmetros del regulador automtico bajo carga TAPs ...................................... 29

Cuadro N 4: Parmetros para el perfil de cargas del sistema elctrico. ................................... 37

Cuadro N 5: Parmetros red de primer ciclo y red de interrupcin ........................................... 41

Cuadro N 6: Parmetros red .................................................................................................... 44

Cuadro N 7: Tiempos de separacin de contactos .................................................................. 45

Cuadro N 8: Esfuerzos para el calculo ..................................................................................... 46

Cuadro N 9: Factor de voltaje C, segn norma IEC. ................................................................ 49

Cuadro N 10: Equipos para definir variables (Set. Sim) ........................................................... 65

GRFICOS _

Grfico N 1: Nuevo proyecto ..................................................................................................... 7

Grfico N 2: Primera red para el sistema elctrico. .................................................................... 7

Grfico N 3: Principales carpetas del proyecto .......................................................................... 8

Grfico N 4: Diagrama unifilar red de transmisin.................................................................... 19

Grfico N 5: Diagrama unifilar red de distribucin. ................................................................... 21

Grfico N 6: Primer clculo de flujo de carga. .......................................................................... 23

Grfico N 7: Control de tensin en barras Central Trmica ...................................................... 26

Grfico N 8: Parmetros de control de la Central Trmica ....................................................... 27

Grfico N 9: Control de tensin de la Central Hidroelctrica .................................................... 28

Grfico N 10: Parmetros de control en barras Central Hidroelctrica ..................................... 29

Grfico N 11: Control de tensin en barra por taps automticos ............................................. 30

Grfico N 12: Determinacin de escala de tiempo de 24 Horas. .............................................. 31

Grfico N 13: Perfil de carga domiciliaria. ................................................................................ 32

Grfico N 14: Perfil de carga industrial 1 ................................................................................. 33

Grfico N 15: Perfil de carga industrial 2 ................................................................................. 34

Grfico N 16: Perfil de carga minera ........................................................................................ 35Grfico N 17: Perfil de carga usuario libre ............................................................................... 36

Grfico N 18: Factor de multiplicacin remoto FMr .................................................................. 44


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Grfico N 19: Ventana para el clculo de cortocircuito segn norma ANSI .............................. 47

Grfico N 20: Ventana para el clculo de cortocircuito segn norma IEC ................................ 57

Grfico N 21: Cortocircutio trifsico en barra de generador, no conectada a la red. ................ 61

Grfico N 22: Cortocircutio trifsico en barra de generador, conectada a la red. ..................... 62

Grfico N 23: Diagrama unifilar central Termina 02 ................................................................. 63

Grfico N 24: Simulacin dinmica evento 01 ......................................................................... 66








Grfico N 32: Ubicacin de los rel de frecuencia 87U ............................................................ 74

Grfico N 33: Implementacin de ajustes por frecuencia ......................................................... 75

Grfico N 34: Respuesta en frecuencia del sistema, con implementacin del esquema de

rechazo de carga. ..................................................................................................................... 77

Grfico N 35: Puesta en marcha de un motor, respuesta del sistema elctrico. ...................... 78

Grfico N 36: Puesta en marcha de un motor, respuesta del sistema elctrico aislado. .......... 79


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1 INTRODUCCIN

DIgSILENT PowerFactory es un programa altamente flexible y verstil prctico y

comprensible.Este material contiene ejemplos reales en la experiencia laboral en Ingeniera Elctrica. El

cual se desarrollara desde el primer da de clases.

En este mdulo construiremos un sistema elctrico, adems de efectuar y armas una base

de datos que nos permita analizar distintos casos de operacin del sistema.

Los anlisis a desarrollar en este mdulo son los siguientes:

A. Flujo de carga, considerando sus controles y limitaciones.

B. Cortocircuito; considerando las normas internacionales IEC y ANSIC. Simulaciones dinmicas efectuadas en el sistema.

Fallas

Desconexiones

Perdida de generacin

Puesta en marcha de motores


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2 DISEO DE UN NUEVO PROYECTO

En este curso se construir un sistema elctrico de potencia muy semejante al sistema elctrico

peruano, este ejemplo se utilizara a lo largo de todo el presente curso as como tambin en los

siguientes mdulos.

Los componentes elctricos de la red que construiremos como: Lneas de transmisin,

generadores, transformadores, motores etc. sern creadas y guardadas en las libreras del

proyecto.

2.1 Creacin de un proyecto

Crear un proyecto nuevo.

Archivo, nuevo, proyecto. Administrador de datos, nuevo, proyecto

Grfico N 1: Nuevo proyecto

Nombrar el proyectoUNMSM MODULO INombre de la red

SISTEMA DE TRANSMISIONFrecuencia:

60Hz (Caso peruano)

Grfico N 2: Primera red para el sistema elctrico.


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Proyecto: UNMSM MODULO I

Grfico N 3: Principales carpetas del proyecto


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2.2 Partes importantes de un proyecto

UNMSM MODULO I:Proyecto en anlisis.

Library:Librera del Proyecto donde se aloja la parte tcnica da cada componente del Sistema

elctrico.

Network Data: Seccin donde se aloja las redes que conforman el sistema elctrico.

Study Case: Los casos de estudios nos facilitan el escenario y condiciones para el anlisis de un

sistema elctrico; en elos se almacena informacin de la configuracin de comando, variaciones

y escenarios de operacin.

Librera, en estas carpetas se

alojan las especificacionestcnicasde los distintoscomponentes elctricos como

Generadores, Motores, Lneas

de transmisin, Torres, Cables,

Conductores, Rels, Fusibles,

etc.

Network Model. Seccin

donde se aloja las redes

que conforman el sistema

elctrico, diagramas,

variaciones del sistema

elctrico y escenarios de

operacin de un sistema

elctrico.

Study case, lugar donde se

determinan los distintos escenarios

para el anlisis de flujo de potencia,cortocircuito, estabilidad, etc.


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Operation scenario: Los escenarios de operacin se utilizan para almacenar los datos de

operacin, datos relacionados con la operacin (funcionamiento) de un equipo elctrico pero no

del propio equipo.

Variations: En esta carpeta se almacena y emplean cambios a una red elctrica y se puede

activar o desactivar. Durante la planificacin y la evaluacin de un sistema elctrico, es necesario

analizar diferentes variaciones y alternativas de expansin de la red de base.

Las Variaciones, se utilizan para

activa o desactivas alternativas de

expansin de una red elctrica y

para analizar con ms facilidad su

impacto en el sistema en anlisis.


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Single Busbar/SE 500KV

Busbar Simple/SE 220KV

TR 750MVA

00

SISTEMA EXTERNO

3 MODELAMIENTO DE LA RED ELCTRICA

En este captulo se construiremos una red elctrica, en base a ejemplos y datos tomados ensubestaciones elctricas.

El sistema elctrico, estar compuesto de subestaciones en 500KV, 220KV, 60KV, 22.9KV y

10KV. Lneas de transmisin de gran longitud y cortas, centrales de generacin trmica,

hidroelctrica, transformadores de potencia y distribucin, motores de induccin, banco de

capacitores, cargas industriales mineras y domiciliarias.

3.1 Subestaciones elctricas

3.1.1 Subestacin Elctrica 500/220KV

Sistema de barra simple (Single Busbar System)

Tensin de diseo 500KV

Sistema de barra simple (Single Busbar system)


Nodo interno o de unin (Junction/internal node)

Tensin de diseo 101

Red externa2

Transformador de PotenciaTR 750MVA

1 En este ejemplo nos sirve para conectar el devanado de compensacin del transformador de

potencia.

2Red externa los datos sern modificados en clase.


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Busbar Simple/SE 220KV

Doble Bus/SE Transmision 220KV/B1


TR 750MVA

Linea

de

tra

nsm

ision

L-0

02

45

.00km

Linea

de

tra

nsm

ision

L-0

01

45

.00km

3.1.2 Lnea de transmisin doble terna (Tipo Pi)

Sistema de barra simple (Single Busbar system)

Tensin de diseo 200KVSE 220KV

Sistema de doble barra (Doble Busbar system)


SE Transmisin 220KV/B1


Lnea de transmisin (Line)

Lnea de transmisin L-001


(Para modelar estas lneas se usara Type Line modelo Pi)


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3.1.3 Lnea de transmisin doble terna (Tipo torre con acoplamiento magntico)


Tensin de diseo 200KVSE Transmisin 220KV/B1




SE Ciudad 220KV/B1

SE Ciudad 220KV/B2

Lnea de transmisin (Tipo Torre)


Lnea de transmisin L-005 Conductor elctrico

Conductor EHS 66mm. Para el cable de guarda.

Conductor ACAR 524mm. Para los circuitos R-S-T.

Torre de 220KV

Tipo de geomtrico de 220kV

DoubleBus/SE Cuidad 220KV/ B1


Double Busbar/SE Transmision 220KV/ B1

Double Busbar/SE Transmision 220KV/ B2

Linea

de

transm

ision

L-0

05

20

.00

Linea

de

transm

ision

L-0

04

20

.00


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3.1.4 Lnea de transmisin simple terna (Tipo torre)

Sistema de doble barra (Doble Busbar System)

Tensin de diseo 220KVSE Ciudad 220KV/B1

SE Ciudad 220KV/B2

Sistema simple barra (Single Busbar System)

Tension de diseo 220KV

SE Mina 220KV

Lnea de transmisin (Tipo Torre)


Conductor elctrico

Conductor EHS 66mm. Para el cable de guarda.Conductor ACAR 524mm. Para los circuitos R-S-T.

Torre de 220KV

Tipo de geomtrico de 220kV

BusMina/SE Mina 220KV



Linea

de

Transm

ision

L006

195

.00


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3.1.5 Central Trmica


Tensin de diseo 200KVSE Transmisin 220KV/B1




SE Termica 220KV

Lnea de transmisin (Tipo Line)


Transformador de Potencia

TR TV01 350MVA Simple barra ( Busbar)

Tensin de dise 18KV

GE 01-18KV

Generador sncrono

GE 01

Resistencia a tierra (Internal Grounding Impedance)

GRUPO 01

CENTRAL TERMICA



B1/SE Termica 220KV

GE 1-18kV

Linea

de

transm

ision

L-0

03

0.8

5km

G~

GE-01

TR-T

V01

0


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HIDROELECTRICA


SE Hidroelectrica/SE BB1

GE3-13.8kVGE2-13.8kV

.

I . I I II . I I I

.

.

Linea

de

transm

ision

L-007

90.00km

TR-C

H02

0

TR-C

H01

0

G~

GE-04

G~

GE-03

3.1.6 Central Hidroelctrica

Sistema de simple barra (Single Busbar system)

Tensin de diseo 200KVSE Mina 220KV



SE Hidroelctrica 220KV

Lnea de transmisin (Tipo Line)



TR-CH01 120MVA

TR-CH02 120MVA Simple barra ( Busbar)


GE2-13.8KV

GE3-13.8KV

Generador sncrono

GE 03

GE 04

Resistencia a tierra (Internal Grounding Impedance)


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3.1.7 Carga importante Mina

Sistema de simple barra (Single Busbar system)

Tensin de diseo 200KVSE Mina 220KV

Simple barra ( Busbar)


SE Mina 23KV


TR01 Mina 125MVA

TR02 Mina 125MVA


Tensin de diseo 23KVSE Motores 4.16KV

SE GE-6.6KV

Generador Sncrono (Sinchronous Machine)

GE1-Mina

Motores de induccin (Asynchronous Machine)

Motor Mina 01, 02, 03, 04, 05, 06, 07, 08, 09, 10.

Banco de capacitores

Capacitores 23kV

Capacitores Motores 4.16KV

MINA

SE MOTORES 4.16KV

GE-6.6KV

SE MINA-23KV


Capacitores

3

Capacitor Motores

15M~

Motor 05 Mina

M~

Motor 10 Mina

M~

Motor 04 Mina

M~

Motor 09 Mina

M~

Motor 08 Mina

M~

Motor 07 Mina

M~

Motor 06 Mina

M~

Motor 03 Mina

M~

Motor 02 Mina

M~

Motor 01 Mina

TRMo

tor

Mina

0

Mina Carga 4Mina Carga 3Mina Carga 1 Mina Carga 2

G~

GE1-Mina

TRGEMina

1

0

TR02-1

25MVAMina

0

TR01-1

25MVAMina

0


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3.1.8 Subestacin elctrica de potencia Ciudad 220/60KV

Sistema de doble barra (Doble Busbar System)

Tensin de diseo 220KVSE Ciudad 220KV/B1

SE Ciudad 220KV/B2



SE Uno 60KV

SE Dos 60KV

SE Tres 60KV


TR-01 Sist. DistribucinTR-02 Sist. Distribucin

TR-03 Sist. Distribucin

Nodo interno o de unin (Junction/internal node)


SE TRES 60KVSE DOS 60KVSE UNO 60KV

DobleBus/SE Ciudad 220KV B1


TR-03/SIS. DISTRIBUCION

00


00


00


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3.2 Construccin del sistema de distribucin

El sistema elctrico de distribucin, se conectara en la subestacin de la ciudad en 220KV, a

travs de tres (03) transformadores de potencia.

El modelamiento de la red se realizara con datos tomados en campo, en la capeta adjunto a

este archivo se encuentra los datos tcnicos.


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3.2.1 Diagrama unifilar de distribucin

Grfico N 5: Diagrama unifilar red de distribucin.

CARGA INDUSTRIAL SECTOR B

CARGAS DOMICILIARIASCARGA INDUSTRIAL EMPRESA A

USUARIO LIBRE

SE DOS 60KV

UL-2BB-D-10KV

COM-D-22.9KVCOM-B-22.9KV

INDUSTRIA-2-BB-D-22.9kV

COM-C-10KVCOM-A-10KV

SE INDUSTRIAL 60KV

UL-1BB-D-10KV

SE-3BB-2-D-10KV

SE-3BB-1-D-10KV

INDUSTRIA-1-BB-D-22.9kV

D-60KV-SE DISTRIBUCION

SE TRES 60KV



SE UNO60KV

Usuario Libre 04

LineadetransmisionL-010

74.0

0km

Usuario Libre 02

Domicilios LV1

TR-CargasDomiciliarias2

0

TR-CargasDomiciliarias1

0

Cap2

1

Cap1

1

Industria B04Industria B02

TR-Industrial04

00

TR-Industrial03

11

TR

ZZ-02

TR

ZZ-01

Industria A02

TR-Industria2

0

Comercializacion 2

Industria B03

Industria B01


0.9

5km

Usuario Libre 03

TR

U02

0

Usuario Libre 01

TR

U01

0

Domicilios LV2

Comercializacion 1

Industria A01

TR-Industria1

0


74.0

0km

TR-03/SIS.DISTRIBUCION

00


00


00

DIgSILENT


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4 FLUJO DE POTENCIA

4.1 Flujo de cargaEl anlisis de flujo de carga es de gran importancia para evaluar el sistema elctrico con

respecto a su control, planificacin y expansin. El flujo de carga define principalmente las

potencias activa, reactiva y el vector de la tensin (modulo y ngulo) en barras de un sistema

elctrico.

Empresas de energa elctrica utilizan este software para estudios de flujo de potencia para

evaluar la adecuacin del sistema elctrico complejo. Estos estudios nos brindan informacin

importante para el diseo y operacin de un sistema elctrico que todava no se construye o

estudiar los efectos a ciertos cambios en un sistema elctrico.Los estudios de flujo de potencia nos ayuda a evaluar un sistema y descubr debilidades como

tensin bajas en barra, sobrecargas en lneas o condiciones de carga excesivas

4.2 Solucin del flujo de carga

Consideraciones iniciales.

Barra de carga.Tpico de una barra que no tiene generacin de energa Pg y Qg son cero y la

potencia activa P y reactiva Q son tomadas del sistema. Es frecuente llamar a este tipo de barraBarra P-Q, porque los datos conocidos son la potencia activa y la potencia reactiva y las dos

variables desconocidas que sern calculadas son tensin V y ngulo.

Barra de voltaje controlado. Es una barra en el cual se mantiene constante la magnitud de

tensin, En barras donde hay un generador conectado se puede controlar la generacin de M

vatios por medio de la fuente de energa mecnica y la tensin puede ser controlada por la

accin de la excitacin del generador, por lo tanto en barras de generacin se puede especificar

la potencia activa P y la tensin V, y las variables desconocidas es la potencia reactiva Q

necesaria para mantener la tensin en barra, en consecuencia no se puede definir el ngulo que

es la variable a ser calculada. Barra de tensin controlada o Barra P. V.

Barra de referencia. Es por conveniencia para solucin del flujo de potencia de su sistema

elctrico de potencia. El ngulo en esta barra sirve como referencia para los ngulos de todos

los dems voltajes en barra. En la prctica es muy comn usar el Angulo igual a cero en barra de

referencia.


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4.2.1 Flujo de carga inicial

En primer trmino analizaremos el flujo de carga del sistema elctrico con las siguientes

consideraciones:

No se considerar los taps automticos

No se considerar el escalonamiento de cargaNo se considerar el control de tensin en subestaciones.No se considerar el control de potencia reactiva, etc.

Grfico N 6: Primer clculo de flujo de carga.

El sistema elctrico en estudio tiene como informacin de despacho la siguiente informacin, las

cuales sern el punto de partida para crear distintos escenarios de operacin.

Cuadro N 1: Despacho inicial de los generadores

Generador Active Power Reactive Power Tensin

GE MW Mvar V

GE-01 P Q 1.00

GE-03 75 Q 1.00

GE-04 75 Q 1.00


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4.2.1.1 Anlisis de los resultados

Crear filtros para analizar los resultados en barras, lneas, transformadores,

generadores, etc.

Edicin de objetos relevantes para el clculo.

a. Barras

b. Transformadores

c. Lneas de transmisin

d. Generadores sncronos

e. Generar un reporte del flujo de carga del sistema elctrico.

f. Imprimir el reporte para el caso.

Name Grid Nom.L-L Volt. Ul, Magnitude u, Magnitude U, Angle

kV kV p.u. deg

Name Grid u, Magnitude u, Magnitude Loading

Current

Tap-Position

Minimum

Tap-Position

Maximum

Tap-Position

HV-Side in p.u. LV-Side in p.u. %

Name Grid Terminal i u, Magnitude Active Power Reactive Power Apparent Power Loading

Busbar Terminal i in p.u. Terminal i in MW Terminal i in Mvar Terminal i in MVA %

Name Grid Terminal Active Power Reactive Power Apparent Power u, Magnitude Power Factor

Busbar MW Mvar MVA p.u.


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Cuadro N 2: Resultados de flujo de carga inicial

Name In Folder Grid Nom.L-L Volt. l, Magnitud u, Magnitude U, Angle

kV kV p.u. deg

1BBD-10kV Transmision Transmision 10 9.962939 0.9962939 -126.3319

1BBT-10kV Transmision Transmision 10 9.80744 0.980744 52.60742BBD-10kV Transmision Transmision 10 9.963415 0.9963415 -126.316

2BBT-220/BB2 Transmision Transmision 110

3BBD-10kV Transmision Transmision 10 9.958052 0.9958052 -126.3727

BB-1 1BBT-220 Transmision 220 220.0755 1.000343 24.06777

BBT-2 5BBT-220KV Transmision 220 224.4 1.02 31.31266

GE-M01-6.6KV Transmision Transmision 6.6 6.289407 0.9529405 81.92063

GE1-18kV Transmision Transmision 18 19.02088 1.056716 0

GE2-13.8kV Transmision Transmision 13.8 14.05604 1.018553 63.85814

GE2-18KV Transmision Transmision 110

GE3-13.8kV Transmision Transmision 13.8 14.19765 1.028815 64.03653

M01-4.16KV Transmision Transmision 4.16 3.828943 0.920419 -162.6402

MINA 220KV 4BBT-220KV Transmision 220 216.0995 0.9822705 25.3212

MINA-BB-23KV Transmision Transmision 23 21.92759 0.9533733 -128.0551

SE DOS 60KV Transmision Transmision 60 61.47344 1.024557 22.26369

SE TRANSMISION CIUDAD-BB1 3BBT-220KV Transmision 220 219.0672 0.9957599 23.60387

SE TRANSMISION CIUDAD-BB2 3BBT-220KV Transmision 220 219.0672 0.9957599 23.60387

SE TRANSMISION-BB1 2BBT-220KV Transmision 220 220 1 24.03289

SE TRANSMISION-BB2 2BBT-220KV Transmision 220 220 1 24.03289

SE TRES 60KV Transmision Transmision 60 62.11077 1.03518 23.20708

SE UNO 60KV Transmision Transmision 60 61.54055 1.025676 22.53706

SUBESTACION 220KV-BBT-1 1BBT-220kV Transmision 220 215.6376 0.9801708 22.54746

SUBESTACION 500KV Transmision Transmision 500 480.5168 0.9610335 20.48276


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4.3 Control de subestacin

4.3.1 Central TrmicaCrear un control de subestacin para tener el control de la tensin en la subestacin de 220 KV,

con este control debemos mantener la tensin en 1.01 p. u.

De acuerdo al requerimiento de controlar la tensin en barras, el generador debe suministrar

reactivos para cumplir dicho requerimiento.

Station Control

Determinamos un control para subestacinSE Transmisin de 220KV

Grfico N 7: Control de tensin en barras Central Trmica


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Grfico N 8: Parmetros de control de la Central Trmica


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4.3.2 Central Hidroelctrica

Crear un control de subestacin para tener el control de la tensin en la subestacin de 220 KV,

con este control debemos mantener la tensin en 1.00 p.u.De acuerdo al requerimiento de controlar la tensin en barras, los generadores deben

suministrar reactivos para cumplir dicho requerimiento.

Station Control

Determinamos un control para subestacin

SE Hidroelctrica de 220KV

Grfico N 9: Control de tensin de la Central Hidroelctrica


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Grfico N 10: Parmetros de control en barras Central Hidroelctrica

4.4 Determinacin de Taps automticos

En la subestacin de potencia de la Ciudad, determinamos los taps automticos de los tres

transformadores de potencia, para determinar su operacin a tensiones adecuadas en 600 kV.

Determinamos los valores de control de acuerdo a los lmites permitidos de tensin en

operacin.

Cuadro N 3: Parmetros del regulador automtico bajo carga TAPs

Nodo de control 60 KV

Modo de control

Tensin 1.01 p.u.

Tensin inferior 0.98 p.u.

Tensin superior 1.04 p.u.

Tensin


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Grfico N 11: Control de tensin en barra por taps automticos


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4.5 Definicin de carga

El anlisis de flujo de carga se realiza para un determinado perfil de carga, en el sistema

elctrico tenemos cargas domiciliarias, industriales y de usuario libre, y su comportamiento porlo que es necesario crear un perfil que cargas en general, con la ayuda del software realizaremos

una combinacin de estas cargas y evaluaremos dependiendo la operacin en el tiempo.

En este tem, asignaremos una caractersticas segn sea establece la carga como domiciliaria,

industria, minera y usuario libre.

Escala de tiempo

En la librera de nuestro proyecto encontramos la siguiente carpeta:Scale

Creamos una escala de tiempo de 24 Horas.

Grfico N 12: Determinacin de escala de tiempo de 24 Horas.


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4.5.1 Caracterstica domiciliaria

Asignaremos la caracterstica domiciliaria de la siguiente manera:

Creamos una caracterstica en la librera del proyecto:

Parmetro de caracterstica Vector (ChaVec)

Asignar la escala de tiempo de 24 horas

Copiar el perfil de la demanda para la carga domiciliaria.

Grfico N 13: Perfil de carga domiciliaria.


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4.5.2 Caracterstica carga Industria 1





Copiar el perfil de la demanda para la carga Industrial 1.

Grfico N 14: Perfil de carga industrial 1


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4.5.3 Caracterstica carga Industrial 2





Copiar el perfil de la demanda para la carga Industrial 2.

Grfico N 15: Perfil de carga industrial 2


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4.5.4 Caracterstica carga Mina





Copiar el perfil de la demanda para la carga Minera.

Grfico N 16: Perfil de carga minera


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4.5.5 Caracterstica carga Usuario Libre





Copiar el perfil de la demanda para la carga Usuario Libre.

Grfico N 17: Perfil de carga usuario libre


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Parmetros de cargas del sistema elctrico.

Hora INDUSTRIAL 1 Industrial 2 Usuario Libre Domiciliaria Mina

0 0.925 0.867 0.960 0.375 0.920

1 0.903 0.888 0.960 0.352 0.910

2 0.831 0.928 0.893 0.333 0.900

3 0.751 0.867 0.830 0.325 0.830

4 0.671 0.798 0.777 0.342 0.850

5 0.635 0.919 0.746 0.418 0.780

6 0.675 0.808 0.764 0.562 0.780

7 0.743 0.765 0.819 0.749 0.830

8 0.778 0.677 0.818 0.839 0.840

9 0.769 0.584 0.764 0.969 0.85010 0.763 0.656 0.745 0.994 0.860

11 0.759 0.896 0.735 0.994 0.865

12 0.754 1.000 0.755 1.000 0.860

13 0.764 0.979 0.823 0.996 0.850

14 0.769 0.958 0.870 0.972 0.870

15 0.762 0.947 0.868 0.949 0.868

16 0.790 0.948 0.916 0.913 0.916

17 0.816 0.817 0.918 0.867 0.918

18 0.820 0.919 0.925 0.766 0.92519 0.845 0.909 0.926 0.619 0.926

20 0.881 0.919 0.935 0.530 0.930

21 0.959 0.919 1.000 0.489 0.950

22 1.000 0.928 0.995 0.453 0.950

23 0.981 0.877 0.950 0.411 0.940

24 0.925 0.867 0.960 0.375 0.930

Cuadro N 4: Parmetros para el perfil de cargas del sistema elctrico.


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4.1 Creacin de Caso de estudio

En este tem, crearemos caso de estudio para realizar un anlisis ms enfocado a un caso en

cuestin, definiendo parmetros y datos relevantes.

En la carpeta caso de estudio Study Cases.

Para un mejor manejo de los casos de estudio, crearemos dos carpetas con el nombre de

Avenida y Estiaje.

Crear los casos de estudio de:

Avenida Mxima

Avenida Media

Avenida Mnima

Estiaje Mximo

Estiaje Media

Estiaje Mnima

4.2 Creacin de Escenarios de Operacin

En la carpeta escenario de operacin Operation Scenario.

Para un mejor manejo de los casos de estudio, crearemos dos carpetas con el nombre deAvenida y Estiaje.


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Crear los escenarios de operacin de:

Avenida Mxima

Avenida Media

Avenida Mnima

Estiaje Mxima

Estiaje Media

Estiaje Mnima

Una vez creado los escenarios de operacin y casos de estudios vincularemos cada uno de ellos

como corresponde.


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4.3 Calculo del flujo de carga

Realizaremos el anlisis de flujo de carga en cada caso de estudio, teniendo en cuenta los

lmites de operacin de los generadores, consumo de cada carga, taps automticos, control desubestaciones, control de potencia reactiva con la finalidad de lograr un flujo de carga

adecuado manteniendo los lmites permitidos segn las normas internacionales.

a. Realizar los mismos anlisis de tem 4.1 para cada uno de los escenarios creados.

b. Realizar la comparacin de los resultados de cada escenario

c. Realizar una comparacin de los siguientes equipos:

Lneas de transmisin.

Transformadores de potencia.

Generadores Sncronos. Motores


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5 CORTOCIRCUITO

El cortocircuito es un fenmeno elctrico que somete a equipamientos elctricos de un sistemaelctrico a niveles severos de corriente, ocasionando daos e interrupcin del suministro

elctrico causando prdidas de ndole tcnica y econmica, por tal motivo es de gran

importancia realizar un anlisis minucioso de las corrientes de cortocircuito en un sistema

elctrico.

Los anlisis de cortocircuito nos sirven para determinar las corrientes que fluyen en el sistema

elctrico en un intervalo de tiempo despus que ocurre una falla.

El requerimiento de soportar ciertos niveles de corriente de cortocircuito impuesto a los equipos

depende de la magnitud de la corriente, que dependen del tiempo de la duracin de falla.

La evaluacin de cortocircuito se realiza de varios tipos de falla en diferentes lugares de unsistema elctrico y la informacin se utiliza para seleccionar los equipos como fusibles,

interruptores y valores de aislamiento, adems de establecer los ajustes en los rels de

proteccin.

5.1 Cortocircuito segn norma ANSI

El clculo de la corriente de falla en los diferentes periodos de la onda de cortocircuito, conduce

a definir tres intervalos de tiempo durante la permanencia de la falla; en cada uno de estos

intervalos se plantea el clculo de la corriente de falla.

Intervalo de primer ciclo (Momentnea) Intervalo de interrupcin (Apertura de contactos)

Intervalo de 30 ciclos (Permanente)

Los tres intervalos se conforman de las reactancias de los elementos de un sistema, la diferencia

entre un intervalo y otro es el valor que se le asignan a las reactancias de las mquinas rotativas,

la reactancia de los componentes pasivos son iguales en los tres intervalos.

Cuadro N 5: Parmetros red de primer ciclo y red de interrupcin

MAQUINAS ROTATIVAS

Turbogenerador.

Hidrogeneradores

con devanado amortiguador

1.00 X"d 1.00 X"d

Hidrogeneradores

sin amortiguadores 0.75 X"d 0.75 X"d

Motor

sincrono 1.00 X"d 1.50 X"d

Motor de induccion

Mayor a 1000HP / 1800 RPM 1.00 X"d 1.50 X"d

Motor de induccion

Mayor a 250 HP / 3600 RPM 1.00 X"d 1.50 X"d

Motor de induccion

Mayor a 50 HP 1.20 X"d 3.00 X"d

Motor de induccionMenor a 50 HP

RED PRIMER CICLO RED INTERRUPCIN

No se consideran


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5.1.1 Intervalo de primer ciclo (Momentnea)

Se utiliza para clculos de la corriente momentnea rms simtrica de cortocircuito y los

esfuerzos de los equipos de proteccin en el primer ciclo despus de la falla.Las maquinas rotativas se representan con sus reactancias modificadas, multiplicadas por un

factor (Ver tabla).

Formacin de la red

Se determinan los valores de resistencia y reactancia de los elementos rotativos y pasivos

de un sistema elctrico.

Se determinan los valores de la reactancia y las resistencias en base comn.

Se forma el diagrama de reactancias con los valores modificados en por unidad de los

elementos de la red. De estar constituida una red externa en nuestro sistema elctrico, esta proporciona la

mayor fuente de corriente de cortocircuito, los datos proporcionados son los MVA de

cortocircuito, la relacin entre la reactancia y resistencia de Thevenin X/R.

De los elementos de la red se determinan el equivalente de Thevenin en el punto de falla

de las reactancias X y resistencias R.

Se determina la relacin X/R en el punto de falla.

Calculo de cortocircuito Primer ciclo

Presenta el valor ms alto de la corriente de cortocircuito antes de los decaimientos lascomponentes de CD y AC y lleguen a su valor de permanente. Este valor se presenta en un

tiempo de ciclo despus de que la falla se ha iniciado.

1. Clculo del valor efectivo simtrico de la corriente momentnea de cortocircuito

= /22. Calculo de la corriente efectiva asimtrica de Primer ciclo

()=

=1 + 2 /()

Por lo que para C=1/2 ciclo

()=1 + 2 /()

3. Se determina la ecuacin de la corriente pico de Primer ciclo

=2 ( 1 + /(/))=2( 1+/(/))


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Para C= ciclo tenemos

=2 ( 1 + /())

ANSI utiliza de los factores de multiplicacin de la corriente rms asimtrica

FM = 1.6 para obtener la corriente momentnea de Primer ciclo

FM = 2.7 para obtener la corriente pico de Primer ciclo

Ambos factores corresponde al aplicar la relacin X/R = 25. Para valores de X/R menores

se obtiene valores conservadores. El uso de estos factores facilita el clculo de las

corrientes de Primer ciclo.

5.1.2 Red de interrupcin (Apertura de contactos)

Se utilizan para calcular los esfuerzos de interrupcin (de apertura de contactos), de los

interruptores de los sistemas elctricos de media y alta tensin.

Para maquinas rotativas se presentan con reactancias diferentes a las que se utilizaron para la

red de primer ciclo.

Formacin de la red

Se determinan los valores de las resistencias y reactancias de los elementos rotativos y

pasivos del sistema elctrico.

De la Red de interrupcin se seleccionan los multiplicadores que se aplicaran a losvalores de reactancia de los elementos rotativos, con esto tendremos los valores

modificados.

Se pasan los valores de reactancia y resistencia a valores de ase comn.

Se determina el diagrama de reactancias y resistencias con los valores en por unidad

Se reduce el diagrama de reactancias y resistencias de Thevenin en el punto de falla X, R.

Se determina la relacin X/R en el punto de falla.

Se determina el voltaje de operacin de pre-falla en por unidad (p.u.)

Se determina el valor rms de la corriente de cortocircuito de la red de interrupcin con la

siguiente ecuacin.

,, = /

La red de interrupcin se utiliza para determinar los niveles de corriente de cortocircuito de

interrupcin ICs para aplicaciones de los interruptores mayores a 1000 voltios.

ICs con base de corriente total

ICs con Base de corriente simtrica


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a. Esfuerzos de interrupcin con base de corriente total

Se determinan los factores de multiplicacin que se emplearan para el clculo de esta corriente

de acuerdo a:

1. Se deben caracterizar las contribuciones de las diferentes barras a la falla como barra local

o barra remota.

2. Si la contribucin es remota se determinan los factores de multiplicacin remoto FMr

desde la curva de la figura 18 encontrando el dato de la relacin X/R del punto de falla y

con el dato de tiempo de apertura de contactos (se debe determinar la corriente en que

se abre los contactos para ello se necesita conocer el tiempo mnimo de separacin de

contactos, segn los datos de la tabla N6

Cuadro N 6: Parmetros red

Grfico N 18: Factor de multiplicacin remoto FMr

MAQUINAS ROTATIVASMotores de induccin

Mayores a 50 HP 1.20 X"d 3.00 X"d

Motores de induccin

Menores a 50 HP 1.67 X"d

RED PRIMER CICLO RED INTERRUPCIN

No se consideran


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Cuadro N 7: Tiempos de separacin de contactos

El factor de multiplicacin remoto FMr tambin se puede determinarse con ecuacin siguiente

FMr =1 + 2 e/()Donde C es el tiempo de apertura de contactos de IC en ciclos y X/R es la relacin de

reactancias a resistencia en el punto de falla.

Si la contribucin se clasifica como Local se usara del respectivo valor de X/R y el tiempo de

apertura de contactos de acuerdo al IC de que se trate, de manera que se determine el factor de

multiplicacin local FM

Cualquiera sea el caso (local, remoto) se multiplica la corriente obtenida por el factor de

multiplicacin (Local o remoto) para obtener el esfuerzo de interrupcin rms total

Esf.de Int.rms,total = Factor de Multiplicacion x Iint,rms,sim

Este valor representa el esfuerzo de interrupcin rms de la corriente (calculada) de cortocircuito

total (asimtrica) para una falla trifsica franca (solida) en un tiempo igual al tiempo de

separacin de los contactos

En la aplicacin del ICs esta corriente ser compara con la capacidad de interrupcin del

interruptor de circuito, ya sea para seleccionar o para verificar su adecuada capacidad en uno ya

instalado.

b. Esfuerzos de interrupcin con base de corriente simtrica

1. Habiendo determinado la corriente rms de interrupcin y la relacin X/R para el punto de

falla se procede a:

2. Determinar factores de multiplicacin que se aplicaran a la corriente rms simtrica

encontrada de acuerdo a:

3. Se debe caracterizar las contribucin de los distintas barras local o remota

4. Si es local de determina el factor de multiplicacin local FM1 desde la curva de la fig 3.4

con relacin X/R y el tiempo de apertura de contactos del IC de que se trate.

5. Su es remota se determina el factor de multiplicacin remoto FMr desde la curva de la fig

3.5 o con la relacin X/R y el tiempo de apertura de contactos del IC de que se trate6. Cualquiera de ellos se multiplica la corriente obtenida en 3.10 por el factor de

multiplicacin para obtener el esfuerzo de interrupcin rms simtrico.

TIEMPO DE

INTERRUPCIN

TIEMO MNIMO DE SEPACIN

DE CONTACTOS8 Ciclos 4 Ciclos

5 Ciclos 3 Ciclos

3 Ciclos 2 Ciclos

2 Ciclos 1.5 Ciclos


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Esfuerzo de Int.rms,sim = Factor de multiplicacin x Iint,rms,sim

5.1.3 Red de 30 ciclos

Se utilizan para determinar corrientes mnimas o permanentes, que se requiere para operar los

rels actuados por corriente. Las condiciones de la instalacin elctrica bajo estudio son aquellas

donde se tiene la mnima generacin.

En esta red los generadores se representan con su reactancia transitoria o con una reactancia

grande que es relaciones con su decaimiento de la corriente de cortocircuito en el tiempo

deseado.

El tipo de maquina rotativa y su representacin de la red de 30 ciclos donde no son

considerados los motores sncronos, mquinas de induccin y condensadores sncronos.Esta red se usa para determinar corrientes momentneas de cortocircuito y esfuerzos asociados

para aplicaciones que aparecen en la siguiente tabla.

Cuadro N 8: Esfuerzos para el calculo

Dispositivo Esfuerzo

Interruptor de alta tensin N/A

Interrptor de baja tensin N/A

Fusible N/A

Tableros y CCM de motores N/A

Rels Ajsutes


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Calculo de cortocircuito segn norma ANSI.

Panel de clculo.

Grfico N 19: Ventana para el clculo de cortocircuito segn norma ANSI


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5.2 Cortocircuito mtodo IEC

Para los clculos se consideran la localizacin de la falla segn su cercana a los generadores

sncronos como: Falla lejana al generador.

Sistemas con corriente de cortocircuito sin decaimiento en la componente de CA; esta es

una condicin en la cual la magnitud de la componente de CA de la corriente de

cortocircuito disponible permanece esencialmente constante.

Falla cercana al generador.

Sistemas con corriente de cortocircuito con decaimiento de la componente de la CA

Se asume sistema trifsico balanceado.

Se asume una falla franca de forma que no se considera la resistencia de un posible arco

Definiciones segn la norma IEC

Corriente de cortocircuito simtrica

Es el valor rms de la componente de CA del cortocircuito (que se espera o existe) en

el punto de falla despreciando al componente de CD.

Corriente de cortocircuito inicial "Es el valor rms de la componente de CA de la corriente simtrica aplicable en el

instante de cortocircuito en el tiempo cero.

Componente CD de la corriente cortocircuito Es el valor medio entre la envolvente superior y la envolvente inferior del

oscilograma de cortocircuito que decae desde el valor inicial A en el tiempo cero

hasta un valor cero.

Corriente de cortocircuito pico Es el valor de corriente mximo que se espera o exista en el punto de falla ip incluye

la componente DC.

Corriente de cortocircuito de interrupcin Es el valor rms de un ciclo completo de la componente CA de la corriente de

cortocircuito disponible en el instante de la separacin de los polos.

Corriente de cortocircuito en estado permanente Es el valor rms de la corriente de cortocircuito que permanente despus deldecaimiento del fenmeno transitorios

Tiempo mnimo de retardo de un interruptor IC

Es el tiempo ms corto entre el inicio del cortocircuito y la separacin de los

contactos de un polo

Componente CD La componente de CD de la corriente de cortocircuito, para el tiempo de retardo

mnimo de un dispositivo de proteccin, se calcula en base a la corriente de

cortocircuito simtrico inicial y la relacin X/R segn:

i= I"k2 e/


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f: frecuencia del sistema

t min es el tiempo de retardo mnimo del dispositivo de proteccin que est

considerado

X/R es la relacin del sistema en el punto de falla.

Fuente de voltaje equivalente CUn/3En IEC 60909 incluye el concepto de la fuente de voltaje equivalente como el nico

voltaje efectivo de la red para el clculo de corriente de cortocircuito. Los voltajes

internos de los generadores o de la red se ponen en cortocircuito y el valor de la

fuente equivalente es usado como el nico voltaje efectivo en el punto de falla.

Cuadro N 9: Factor de voltaje C, segn norma IEC.

Con la fuente de voltaje equivalente y con el factor de voltaje C, se considera que:

Se puede ignorar las cargas estticas

Los cambios de derivacin de transformadores tap s se encuentran en posicin normal.

La excitacin es un dato que se pueda ignorar

Todos los alimentadores de la red maquinas sncronas y asncronas se representan porsus impedancias internas.

Todas las capacitancias de las lneas se desprecian, excepto para aquellas que

intervienen en el sistema de secuencia cero.

5.2.1 Falla lejana al generador

En este procedimiento no se contempla el decaimiento de la componente CA. Las condiciones

para que estos se presenten se puede resumir en que existen las condiciones de voltaje

adecuadas y no existe ningn cambio significativo en impedancia del circuito pues se trabaja

con impedancias constantes y lineales.

Las impedancia de se usan son las de secuencia positiva, a partir de estas se determinan la

impedancia de falla (Thevenin).

Procedimiento de clculo

De acuerdo a la configuracin que guardan las fuentes de cortocircuito con respecto al punto

de falla. IEC define tres tipos de redes y en base a esta se clasifican determina los diferentes

corrientes de falla.

Configuracin radial con una fuente.

Configuracin no mallada con varias fuentes. Configuracin mallada.

1.00

1.00

1.00

FACTOR DE VOLTAJE C

100V a 1000V

1 KV a 35 KV

35KV a 230 KV

1.00

1.10

1.10

Mxima

corriente de cortocircutio

Mnima

corriente de cortocircutio

Voltaje Nominal

UN


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i. Configuracin radial con una fuente

Corriente de cortocircuito simtrica inicial Ik

Se determina:I"k = CUn3Zk

Zk impedancia equivalente en el punto de falla.

Corriente de pico ip

La falla es alimentada por un circuito serie se tiene una sola impedancia compuesta por una

sola X y R de tal forma que se tiene una sola X/R y la corriente pico se expresa como:

ip = k2 I"kDonde la constante k es una funcin de la relacin X/R del sistema en el punto de falla y

toma en cuenta el decaimiento de la componente DC, este factor dado aproximadamente

por:

k = 1.02 + 0.98 e/La corriente de pico ip ocurre justo despus de ocurrida la falla, el valor pico determina los

esfuerzos dinmicos a que se somete las instalaciones.

Corriente de ruptura Ib

La corriente de ruptura es igual a la corriente de estado permanente y la corriente inicial

simtrica Ik.I= I= I"

ii. Configuracin no mallada con varias fuentes

Las corrientes de cortocircuito se calculan empleando el mismo procedimiento de la

configuracin radial con una fuente, los ngulos de las corrientes de falla son muy similares

de manera que se determina con una suma fasorial.

Corriente de cortocircuito simtrica inicial IkSe determina:

I"k = I"k+ I"kCorriente de pico ip

Se determina:

ip = ip+ ipCorriente de ruptura Ib y la corriente de estado permanente Ik guardan la misma

relacin.

I= I= I"


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iii. Fallas con configuracin mallada

Corriente inicial de cortocircuito Ik

I"k = CUn3Zk

Zk impedancia equivalente en el punto de falla.

Corriente de cortocircuito pico ip

ip = k2 I"kEn las redes malladas k puede determinarse con cualquiera de los mtodos siguientes

Mtodo A. Relacin X/R uniforme (k 0= Ka)R/X de acuerdo a la mnima relacin de todas las ramas que contribuyen a la

corriente de cortocircuito

nicamente se incluyen aquellas ramas que contienen un total de 80% de la

corriente a voltaje nominal correspondiente al punto de falla. Las ramas pueden ser

una combinacin de diversos elementos.

Para redes de bajo voltaje k< 1.8.

Mtodo B. Relacin R/X en el punto de falla (k=1.15kb)

Con este mtodo se hace k=1.15kb. El valor de kb se determina para una relacinde X/R donde X y R se obtienen de la impedancia de falla Z. esta impedancia se

determina con la frecuencia nominal fn.

Redes de bajo voltaje, k


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Paso 2. Se calcula la impedancia equivalente

Zc=rc+j2pifcLc

= + 2Zc es la impedancia vista desde el punto de la falla del circuito equivalente con

una frecuencia fc.

Paso 3. Se determina la relacin ajustada R/X:

=

.

La corriente de Ib y la corriente de cortocircuito de estado permanente Ikguardan la

relacin:

= = "

5.2.2 Falla cercana al generador

Una falla cercana al generador es un cortocircuito en el cual en donde por lo menos una

maquina sncrona contribuye a una corriente simtrica de cortocircuito que es ms del doble de

la corriente nominal del generado, o un cortocircuito en el cual motores sncronos y asncronos

contribuyen con ms del 5% de la corriente de falla inicial simtrica I"calculada sin motores.En el clculo de cortocircuito para fallas lejanas, el aporte de corriente puede ser alimentada por

generadores y motores, por lo que, se presenta una corriente de cortocircuito que va

disminuyendo, de manera que la corriente inicial I"y la corriente pico ison de inters que alser diferentes a las corriente de ruptura Iy de estado permanente Ise requiere el clculo deellas si tenemos que:

I> I> I"

Los clculo para determinar los esfuerzos durante el cierre o apertura de interruptores ICs esnecesario determinar las corrientes que circulan en el instante de apertura de los contactos (t

min), por ello es necesario determinar la corriente asimtrica de ruptura Iasimpartiendo de lacorriente simtrica de ruptura Ide la componente de CA, empleando el teorema de lasuperposicin agregando la corriente iDevaluada en el mismo tmin, La corriente total oasimtrica de ruptura est dado por:

Iasim = Ib+ IcdIasim: Corriente de ruptura asimtrica rms en el tiempo tI: Corriente simtrica rms de la componente CA.


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La componente CD de la corriente de cortocircuito para el tiempo de retardo mnimo de un

dispositivo de proteccin se calcula basndose en la corriente de cortocircuito simtrica inicial y

la relacin X/R de la siguiente marea:

iD= I"2e / f: Frecuencia del sistema.t: Tiempo de retardo mnimo del dispositivo de proteccin consideradoX/R: Relacin en el punto de falla.

Procedimiento de clculo

De acuerdo a la configuracin y al nmero de fuentes de cortocircuito con respecto al punto de

falla, IEC define varios tipos de redes y en base a la clasificacin determina las diferentescorrientes de fallas, estos son:

Configuracin radia con una fuente e cortocircuito

Configuracin no mallada con varias fuentes.

Configuracin con varias fuentes con impedancia comn.

Configuracin con redes malladas.

Para todos los casos lo siguiente:

En los circuitos equivalentes existir una sola fuente de voltaje equivalente /3. Las maquinas sncronas se representan con su impedancia subtransitoria.

Los motores asncronos se representan con sus impedancias determinadas desde suscorrientes de rotor bloqueado.

Cada una de las configuraciones se representa en las siguientes secciones con su procedimiento

de clculo de corrientes I", i, Ie I, en el punto de falla donde la impedancia equivalente defalla es ZI

i. Fallas en configuracin radial con una fuente de cortocircuito

Corriente de cortocircuito simtrica inicial IkPara falla alimentada sin transformador

Para calcular la impedancia de falla consideramos la impedancia del generador y de la

lnea.

Se determina:

I"k = CUn3ZkDonde C se escoge para la mxima corriente de cortocircuito


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Para fallas alimentadas desde una subestacin (con transformador)

Para calcular la impedancia de falla consideramos la impedancia del generador, del

transformador y de la lnea a partir de esta impedancia se calcula la impedancia corregida.

I"k = CUn3Zk

Corriente de pico ip

ip = k2 I"kDonde la constante k se escoge de la ecuacin:

k = 1.02 + 0.98 e/Corriente de ruptura Ib

El punto donde se calcula la corriente I(en el tiempo t) la corriente ha disminuido, yeste decaimiento se toma con el factor que modifica segn:

I= uI"u = 0.84 + 0.26e. "/Para un t= 0.02 segundosu = 0.71 + 0.51e. "/Para un t= 0.05 segundos

u = 0.62+0.2e. "/Para un

t= 0.10 segundos

u = 0.56 + 0.94e. "/Para un t= 0.25 segundos

Corriente de estado permanente Ik

Para el clculo desde un generador sncrono o un motor se toma en consideracin lo

siguiente:

La excitacin del generador.

El tipo de maquina sncrona

Si los generadores son de rotor cilndrico o de polos salientes.

Los ajustes de la excitacin de las maquinas

Tomando en cuenta lo anterior, la corriente de falla con que contribuyen los generadores

ser una funcin de su corriente nominal usando factores de multiplicacin que se obtienen

desde curvas de la reactancia sncrona saturada del generador, del ajuste de la excitacin y

del tipo de mquina, se consideran dos situaciones:

Ik Mxima: En este caso se calcula la mxima corriente de cortocircuito que se presenta

cuando se aplica la ms alta excitacin al generador sncrono que alimenta la falla de la

siguiente manera:

Imax = maxIG


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Donde max es una funcin del voltaje de excitacin mximo del generador

Ik Mnima: En este caso se calcula la mnima corriente de cortocircuito que se presenta

cuando se aplica la ms alta excitacin constante sin carga al generador sncrono que

alimenta la falla.

Imin = min IGDonde minse determina dependiendo del generador.

ii. Fallas en configuracin no malladas con varias fuentes de cortocircuito

Corriente de cortocircuito simtrica inicial Ik

La corriente simtrica inicial se compone de la suma fasorial de las corrientes iniciales

parciales. I"k = I"kT+ I"k+ Corriente de ruptura Ib

ip = ipT+ ip+ Corriente de ruptura Ib

Ib = IbT+ Ib+

Corriente de estado permanente Ik

Ik = IkT+ Ik+ Las corrientes parciales se determinan de acuerdo a su configuracin

Las aportaciones de los motores se consideran de acuerdo a la norma IEC909

Se asume que los generadores producen una corriente de estado permanente

Para alimentadores desde la red

I= I= I" No existe aportacin de los motores a la corriente en estado permanente

5.2.3 Influencia de los motores

Motores y compensadores sncronos

En el clculo de I", i, I, I los motores y compensadores sncronos son tratados comogeneradores sncronos.

Motores asncronos

Contribuyen a I", i, I: En fallas balanceadas no contribuyen a ILos motores de baja tensin pueden ser despreciados.


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Los motores de alta y baja tensin que estn conectados a travs de un transformador de dos

devanados, a la red donde se presenta la falla pueden ser despreciados

La corriente de ruptura

Ipara motores asncronos se calcula con la siguiente expresin:

I= uq I"


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Calculo de cortocircuito segn norma IEC

Panel de clculo.

Grfico N 20: Ventana para el clculo de cortocircuito segn norma IEC


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5.3 Clculos de cortocircuito

En el escenario de operacin de mxima demanda analizaremos lo siguiente:

5.3.1 Clculo utilizando la norma ANSI

Calculo de corrientes de cortocircuito en todas las barras del sistema elctrico de acuerdo a la

norma ANSI, tensin de pre falla igual a 1.00 p.u.

Falla trifsica

Exportar en un archivo Excel los resultados ms relevantes del cortocircuito trifsico

Ssym : Potencia simtrica momentnea

Isym : Corriente simtrica momentnea

Isym(calc) : Corriente asimtrica momentnea Ssym_i : Potencia simtrica de interrupcin

Isym_i : Corriente simtrica de interrupcin

Ssym_30 : Potencia simtrica de 30 ciclos

Isym_30 : Corriente simtrica de 30 ciclos

Isym2c : Corriente interrupcin a los 2 ciclos




Falla bifsica

Exportar en un archivo Excel los resultados ms relevantes del cortocircuito bifsico


Isym : Corriente simtrica momentnea

Isym(calc) : Corriente asimtrica momentnea

Ssym_i : Potencia simtrica de interrupcin Isym_i : Corriente simtrica de interrupcin







Ssym_m Isym_m Iasym_m(calc) Ssym_i Isym_i Ssym_30 Isym_30 Isym2c Isym3c Isym5c Isym8c

MVA kA kA MVA kA MVA kA kA kA kA kABarra

Ssym_m Isym_m Sisym Isym_i Ssym_30 Isym_30 Isym2c Isym3c Isym5c Isym8c

MVA kA MVA kA MVA kA kA kA kA kAName


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Falla monofsica

Exportar en un archivo Excel los resultados ms relevantes del cortocircuito monofsico


Isym : Corriente simtrica momentnea Isym(calc) : Corriente asimtrica momentnea

Ssym_i : Potencia simtrica de interrupcin

Isym_i : Corriente simtrica de interrupcin






Isym8c : Corriente interrupcin a los 8 ciclos I0_m : Corriente momentnea de secuencia cero

I0x3_m : Corriente 3Io

5.3.2 Calculo utilizando la norma IEC

Calculo de un cortocircuito trifsico en todas las barras del sistema elctrico de acuerdo a la

norma IEC 60909-2001.

Falla trifsica

Exportar en un archivo Excel los resultados ms relevantes del cortocircuito trifsico

Sk : Potencia de corto-circuito inicial

Ik : Corriente de corto-circuito inicial

ip : Corriente Pico de corto-circuito

Ib : Corriente de apertura de corto-circuito

Ik : Corriente de corto-circuito en el Estado Estacionario

Ith : Corriente equivalente trmica de corto-circuito

Mxima corriente

Mnima corriente

Ssym_m Isym_m Sisym Isym_i Ssym_30 Isym_30 Isym2c Isym3c Isym5c Isym8c 3*I0_mI0_m,

Magnitude

MVA kA MVA kA MVA kA kA kA kA kA kA kA

Name

Sk" Ik" ip Ib Ik Ith

MVA kA kA kA kA kABarra

Sk" Ik" ip Ib Ik Ith



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Falla bifsica

Exportar en un archivo Excel los resultados ms relevantes del cortocircuito bifsico.

Sk : Potencia de corto-circuito inicial fases en falla

Ik : Corriente de corto-circuito inicial fases en falla ip : Corriente Pico de corto-circuito fases en falla

Ib : Corriente de apertura de corto-circuito fases en falla

Ik : Corriente de corto-circuito en el Estado Estacionario fases en falla

Ith : Corriente equivalente trmica de corto-circuito fases en falla

Mxima corriente

Mnima corriente

Falla monofsica

Exportar en un archivo Excel los resultados ms relevantes del cortocircuito bifsico

Sk : Potencia de corto-circuito inicial fase en falla

Ik : Corriente de corto-circuito inicial fase en falla

Ip : Corriente Pico de corto-circuito fase en falla

Ib : Corriente de apertura de corto-circuito fase en falla

Ik : Corriente de corto-circuito en el Estado Estacionario fase en falla

Ith : Corriente equivalente trmica de corto-circuito fase en falla

Mxima corriente

Mnima corriente

Calculo de un cortocircuito trifsico en las lneas de transmisin de acuerdo a la norma IEC

60909-2001.

Lnea de transmisin L-001 al 70%






Sk" B Sk" C Ik" B Ik" C ip B ip C ip B ip C Ib B Ib C Ith B Ith C

MVA MVA kA kA kA kA kA kA kA kA kA kABarra

Sk" B Sk" C Ik" B Ik" C ip B ip C ip B ip C Ib B Ib C Ith B Ith C

MVA MVA kA kA kA kA kA kA kA kA kA kABarra

Sk" A Ik" A ip A ip A Ib A Ith A


Sk" A Ik" A ip A ip A Ib A Ith A

MVA kA kA kA k

[modulo i] digsilent unmsm fiee rev01

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