Universidad central de Venezuela

Facultad de ingeniera

Escuela de ingeniera Electrica

Departamento de Potencia

Sobretensiones transitorias nombre: Douglas Carreo

Practica 7.- perturbaciones en un sistema de potencia por medio de fuentes de

impulso del ATPDraw y colocando una resistencia no lineal(descargador) en el

devanado de alta del transformador BCTRAN

1) Introduccin

En esta prctica se estudiar el efecto del impacto atmosfrico sobre una lnea de

parmetros distribuidos, tanto en las fases como en el cable de guarda, para

analizar cmo acta el descargador cuya funcin es limitar el contenido de

energtico de la onda y reducir sus caractersticas.

2) Objetivos

El objetivo de esta prctica es ampliar el manejo del programa de simulacin ATPDraw.

Se modelara una lnea de transmisin de 115 kV de dos ternas con dos cables de guarda.

Se observara las caractersticas transitorias de tensin al final de la lnea de transmisin con varias configuraciones de carga al momento de que el sistema presente una perturbacin y el transformador este protegido por un decargador

3) Metodologa

Se simulara el comportamiento de la lnea de 115 kV, cuando la perturbacin se presenta en el cable de guarda como en las fases

Se colocaran dos interruptores trifsicos al comienzo de la lnea y al final de esta.

El primer interruptor que energiza a la lnea tendr un tiempo de cierre de 0 seg, el segn interruptor se mantendr cerrado para visualizar el efecto de energizacin de la lnea con una carga conectada

Utilizaremos el modelo de lnea en el ATPDraw Bergeron para modelar la lnea en parmetros distribuidos tomando en cuenta que tenemos un haz de conductores por fase.

El tiempo mx. de simulacin estar definido por el tiempo del transitorio que ocurra en la carga inductiva el cual viene dado por t=5*L/R

Fuente : 115kV DC, AC @60 Hz

los parmetros de la lnea son los siguientes

fuente de corriente CIGRE, 5 kA, el cual impactara para el primer caso en el cable de guarda y en el segundo caso en una de las fases

Figura 1.- parmetros de la lnea de 400kV con dos conductores por fases

Fuente CIGRE en el ATP

En el clculo preciso del comportamiento ante sobretensiones del equipamiento es necesario simular el frente cncavo de la representacin del impulso de corriente de la descarga. El requerimiento fundamental en tales simulaciones es que esta representacin provee:

La amplitud correcta de la corriente

La mxima pendiente est cerca del pico de amplitud. Para la primera descarga, la pendiente promedio correcta, expresada por

los tiempos en el frente para los valores del 30% y el 90% de la corriente. Este tiempo de frente debe ser mayor que la amplitud de la corriente dividida por la mxima derivada, resultando as una curva cncava

4) informacin sobre descargadores utilizados en las simulaciones del ATPDraw

Para la representacin del pararrayos se emplean resistencias no lineales para cumplir las condiciones de operacin de un pararrayos, es decir, que en operacin normal se comporte como una resistencia alta, y como una resistencia baja durante sobrevoltajes. El modelo ms difundido para la simulacin es la resistencia no lineal con caracterstica exponencial TYPE 92. Para caracterizar la operacin del descargador, se requiere ingresar los siguientes datos NFLASH: -1:gap descarga una vez y permanece cerrado 0:gap se cierra y se abre tantas veces como sea necesario

1: gap se cierra y abre una vez, luego se borra RLIN: resistencia lineal en ohms Vflash: voltaje por conteo en el gap Vzero: voltaje inicial en la iteracin de Newton. En la mayora de los casos es cero..

5) Descargador con la siguiente caracterstica

I(A) V(V)

500 120000

1000 140000

10000 150000

6) Caracterstica de la nolinearidad del descargador

Figura 2.- curva caracterstica del descargador I[kA] vs U[kV]

7) Resultados de la simulacin lnea 115 kV de parmetros distribuidos

Perturbacin en el cable de guarda con fuente CIGRE de 5 kA presentada a mitad de la lnea a los 0 seg

Figura 4.- comportamiento de la tensin en la

carga

Figura 5.- Comportamiento de la tensin en la carga con descargador

Figura 6- comportamiento de la tensin en el lado de alta del transformador

Figura 7.- comportamiento de la tensin en el lado

de alta del transformador con descargador

Perturbacin en una de las fases con fuente CIGRE de 5 kA presentada a mitad de la lnea a los 0 seg

Figura 8.- comportamiento de la tensin en la carga

Figura 9.- Comportamiento de la tensin en la carga con descargador

Figura 10.- comportamiento de la tensin en el lado de alta del transformador

Figura 11.- comportamiento de la tensin en el lado de alta del transformador con descargador

8) Anlisis de resultados

En este caso para seleccionar el valor de referencia de la tensin del descargador nos basamos en la Tabla 1:Standard withstand voltages for Class I de la norma IEEE-62.22, como nuestro Sistema trabajar a la tensin de 115 kV, se selecciona la mxima tensin fase-fase 120.75 kV y se selecciona el valor MCOV el cual est asociado a la seal de onda completa que llega al Transformador, para este caso se selecciona el valor 115 kV, antes de esta tensin el descargador no actuar.

Para el caso 1 se trabaj con un impacto atmosfrico de magnitud 5 kA sobre el cable de guarda. Se puede apreciar cmo acta el descargador trifsico, ya que la misma ayuda a limitar el contenido energtico de la onda y reduce sus caractersticas de amplitud.

Cuando ocurre un impacto sobre el cable de guarda del sistema, el valor de tensin alcanzado sobre el mismo es del orden de los MV. Aqu se puede ver como se inducen tensiones sobre las Fases A, B y C alcanzndose valores cercanos a los 1 MV en el lado de alta , luego la seal comienza a decrecer en magnitud y cercano a los 30 mseg tiene un valor y comportamiento similar al de la fuente. Se observa que el descargador absorbe una parte importante de esta seal.

Cuando ocurre un impacto sobre una de las fases, la onda va a viajar por el medio de propagacin hasta que llega al punto de transformacin y el descargador se encarga de absorber parte de la energa de la seal. Para el Caso donde el impacto cae sobre la fase C, se estudia como el impacto genera una sobretensin alcanzndose valores cercanos a los 1.5 MV en los primeros instantes para la fase C, y valores alrededor de los 0.5 MV para las fases B y C, esto se debe a que hay una tensin inducida sobre las fases B y C. Luego se observa que el descargador absorbe una parte importante de esta seal y luego alrededor de los 10 ms la tensin medida sobre cada una de las fases tiene un comportamiento bastante uniforme acercndose a los 93.4 kV que es la tensin de la fuente.

Los cables de guarda son los que drenan las sobretensiones de las fases de los sistemas de potencia de transmisin, esto nos indica que los cables de guarda aceleran el proceso de normalizacin del sistema ante una descarga de este tipo y que unido al uso de descargadores se pueden evitar daos a los elementos importantes del sistema.

El dimensionamiento y uso de descargadores protege de manera satisfactoria al transformador, reduciendo las sobretensiones producidas por una descarga atmosfrica, ya sea en una fase o en el cable de guarda, se deben colocar en todas las fases que llegan al transformador si no los beneficios que aporta se pierden casi por completo

9) Conclusiones

La utilizacin de los descargadores en lnea de transmisin debe responder a dos aspectos fundamentales: Primero, debe ser efectivo en la proteccin. Segundo, debe tener la capacidad para manejar las sobretensiones que se presenten en la lnea. Estos dos factores dependern las caractersticas del descargador y su ubicacin en la red.

Mediante simulaciones en el programa ATP, se evalu el uso de los descargadores para impactos sobre una de las fases y el cable de guarda. La condicin ms severa la constituye la incidencia directa de las descargas atmosfricas, sobre el conductor de fase.

La eficacia del conductor de guarda en lneas de distribucin se ve limitado por el valor reducido de su aislamiento y por el uso de puestas a tierra simples. Los descargadores de sobretensiones de lnea complementan la proteccin provista por el conductor de guarda frente la incidencia de descargas atmosfricas directas.

10) Referencias

Manual ATPDraw ATPDRAW version 5.6 for Windows 9x/NT/2000/XP/Vista Users' Manual