MAESTRÍA EN SISTEMAS ELÉCTRICOS DE DISTRIBUCIÓN CURSO: Transitorios Electromagnéticos PROFESOR: Leonidas Sayas Poma, Phd, MBA, MRS, Msc. Ing. lsayas@osinerg.gob.pe Celular: 996963438 / RPM: #485075 Calendario Clases semanales: MES DE DICIEMBRE; 06 y 07, 13y 14, 20 y 21. MES DE ENERO 2015; 03 y 04. Sábados de 8:30 a 12:00 y 14:00 a 18:00 horas Domingos de 08:00 a 12 horas. Receso cada 2 horas. 1
Objetivos Identificar condiciones anormales en el SD Conocer el origen de los fenómenos transitorios electromagnéticos y plantear soluciones. Principios básicos de modelamiento de estos fenómenos. Seleccionar equipos de protección contra sobretensiones transitorias Adquirir criterios para coordinar el aislamiento en sistemas de distribución Evaluar las características de diversos dispositivos de protección del aislamiento Aplicar software especializado para evaluar transitorio electromagnéticos. Temario 1. Introducción 2. Conceptos de transitorios electromagnéticos. 3. Perturbaciones eléctricas -Armónicos 4. Sistemas de aterramiento eléctrico. 5. Sobretensiones temporales. 6. Primer examen 7. Sobretensiones de maniobra 8. Sobretensiones atmosféricas 9. Protección contra sobretensiones. 10. Tensión de restablecimiento del sistema 11. Coordinación del aislamiento 12. Segundo examen. 2
Bibliografía 1. Transientets in Electrical systems J.C. Das 2. Electrical Transients in Power Systems Allan Greenwood. 3. Electric Power Quality S. Sengupta 4. Transient Analysis of Electrica Power Circuit Handbook A. Shenkman 5. Power Systems Harmonics J. Arriaga, 2da ed. L.Sayas P. Normas de referencia 3
Metodología del curso 1. Expositiva y participativa 2. 4 practicas calificadas/trabajos individuales/control de lectura. 3. Trabajo grupal, proyecto de coordinación del aislamiento de un sistema eléctrico de distribución.( presentación, exposición). 4. 02 exámenes ( parcial y final) 5. NF=0.2*PPC+0.5*PEX+0.3*(PP+EP)/2 6. Nota mínima aprobatoria 14( sistema vigesimal). L.Sayas P. Introducción 1. Generalidades 2. El sistema de distribución 3. Tipos de sobretensiones 4. Software de simulación L.Sayas P. 4
1. El sistema de distribución L.Sayas P. 1. Generalidades A pesar que los sistemas eléctricos operan en régimen permanente la mayor parte del tiempo, estos deben ser diseñados para soportar las peores condiciones a que pueden ser sometidos. Estas condiciones anormales extremas son normalmente producidas durante situaciones transitorias del sistema. Por lo tanto, un proyecto de sistema eléctrico es determinado más por las condiciones transitorias que por su comportamiento en régimen permanente. L.Sayas P. 5
Introducción Transitórios electromagnéticos son provocados por variaciones súbitas de tensión o de corriente Descargas atmosféricas Fallas de aislamiento Operación de interruptores 6
Introducción Introducción Cual es lá diferencia entre transitório electromecanico y electromagnetico? Electromagnético: Cuando es necesario analizar la interacción entre los elementos de almacenamiento de energía electromagnética (L,C). Electromecánico: Cuando es necesario analizar la interacción entre la energía almacenada en los sistemas mecánicos de las maquinas rotativas y la energía almacenada en elementos puramente eléctricos 7
PROBLEMAS EN SIST. ELÉCTRICO INTERCONECTADO DINÁMICOS TRANSITÓRIOS 8
DIFERENCIAR LOS EFECTOS DINÁMICOS OSCILACIONES DE POTENCIA : En Línea de Interconexión Mantaro- Socabaya Falla en L-2004 y Desconexión de la S.E. Chavarría FALLA DEL 29 AGOSTO DEL 2001 AREA CENTRO NORTE DEL SEIN S.E. COTARUSE AREA SUR DEL SEIN L-244 L-245 L-246 L-2010 L-2011 L-2003 OSCILACIONES DE POTENCIA DE BAJA FRECUENCIA L-2004 S.E. CHAVARRIA FALLA MONOFÁSICA POR CONTAMINACIÓN S.E. SANTA ROSA DESCONEXIÓN TOTAL CON 380 MW POR ACTUACION DEL RELÉ DIFERENCIAL DE BARRAS 9
DIFERENCIAR LOS EFECTOS DINÁMICOS COLAPSO DE TENSIÓN: Ocurrido en Línea L-120 lado de S.E. Pargsha2 Falla de Banco de Transformadores en la S.E.Oroya Nueva. FALLA DEL 14 OCTUBRE DEL 2001 L-251 C.T AGUAYTIA 30 MVAR IN-2346 IN-2340 SVC IN-2342 IN-2344 40MVA IN-4078 S.E. TINGO MARIA IN-2346 L-252 IN-4068 L-121 IN-4064 IN-4062 S.E. HUANUCO Inicio de la Falla L-120 40 MW IN-4060 S.E. PARAGSHA 2 138 KV SISTEMA ELECTROANDES ANTAMINA IN-2408 L-255 IN-2404 IN-2406 78.8 MW L-224 220KV IN-2402 VIZCARRA IN-2400 220KV COLAPSO DE TENSIÓN SISTEMA CENTRO SUR SISTEMA NORTE IN-2198 220KV L-215 L-253 IN-2338 IN-2194 IN-2320 40 MVAR S.E. PARAMONGA NUEVA IN-2192 IN-2390 IN-2388 IN-2224 220 kv S.E. ZAPALLAL IN-2200 IN-2196 L-213 L-212 CAHU A HUACHO 10
IDENTIFICAR LOS FENÓMENOS TRANSITÓRIOS EFECTOS ARMÓNICOS: Efecto por la línea L-121 (Huánuco-Tingo María) de la conexión de la carga en Antamina IDENTIFICAR LOS FENÓMENOS TRANSITÓRIOS EFECTOS DE TENSIÓN DE RESTABLECIMIENTO: Efecto visto en la S.E. Huayucachi, celda de la línea L-221 (Zapallal- Huayucachi) durante la desconexión de la línea por descarga atmosférica. 11
Falla monofasica a tierra en sistema de distribución AL - 01 ALIM - 02 AL - 03 If = 8,095 A I = 6,633 A I = 1,461 A I = 6,442 A If = 7,96122 A I = 2,704 A I = 4,524 A I = 1,518 A I = I 4,393 = 15,968 A A I = 12,271 A If = 8,917 A SED 01 SED 03 I = 0,382 A I = 1,454 A I = 3,075 A I = 0,972 A I = 0,268 A I = 1,798 A I = 2,446 A I = 0,952 A I = 0,965 A I = 0,260 A I = 0,992 A I = 0,183 A I = 0,663A I = 0,649 A I = 0,658 A If = 25,765 A I = 0,496 A I = 3,326 A I = 1,761 A I = 1,786 A (Rf = 0) I = 2,590 A I = 5,475 A I = 1,731 A I = 2,097A A SAB 4291 A SAB 4292 A SAB 4259 A SAB 4523 A SAB 4830 A SAB 4524 I = 1,668 A A SAB 4826 I = 4,525 A SED 02 SED 04 I = 0,671 A I = 1,497 A I = 0,269 A I = 0,458 A I = 0,184 A I = 1,196 A I = 2,66 A I = 0,480 A A SAB 3775 I = 1,021 A SAB A 3785 I = 0,132 A I = 1,020 A I = 0,292 A I = 0,677 A I = 0,090 A I = 0,696 A I = 0,199 A I = 0,461 A I = 0,244 A I = 1,886 A I = 0,541 A I = 1,252 A A SAB 1759 A SAB 2643 A SAB 3782 A SAB 3518 SED 03 I = 0,570 A I = 0,389 A I = 1,015 A I = 0,570 A I = 0,332 A I = L.Sayas 0,867 AP. A SAB 3772 A SAB 4405 Oscilograma corrientes ante falla monofasica TENSION FASE A TIERRA 10 kv CORRIENTE DE LINEA L.Sayas P. 12
Introducción Por qué estudiar los transitorios? Características eléctricas de los equipos Estudios pre-operativos Especificación de equipos de control de transitorios Análisis de causas de perturbaciones Definición de restricciones operativas Verificar comportamiento de equipos Introducción Por qué estudiar los transitorios? - Las implicancias económicas y ambientales que restringen las nuevas construcciones del Sector Eléctrico obligan a un máximo aprovechamiento de las instalaciones existentes, por lo que pueden dar origen a problemas transitórios. - El crecimiento de la demanda exige redes mas complejas y por lo tanto se requiere mayor confiablidad y seguridad del servicio, estos al no planificarce adecuadamente originan laparición de fenómenos dinámicos y transitórios que afectan la operación, deteriorando el aislamiento de los euipos del SEP. - Por ello, el previo conocimiento y dominio de los fenómenos transitórios, nos ayudarán a prevenir y dar solución a los mismos. 13
Introducción Transitorios Sobretensiones Sobrecorrientes Formas de onda anormales TRANSITÓRIOS SOBRECORRIENTES SOBRETENSIONES Transitórias Altas frecuencias y rápidamente amortiguadas Sostenidas A frecuencia fundamental ó múltiplos y no son amortiguadas Temporárias A frecuencia fundamental ó múltiplos y un poco Amortiguadas. 14
Definiciones SOBRETENSIONES Súbitos incrementos de tensión a altas frecuencias ó frecuencia industrial originados por impactos en el sistema. SOBRECORRIENTES Gran crecimiento de corriente que resulta de fallas en el sistema y que ayuda a la determinación de los esfuerzos mecánicos y térmicos dentro de un equipo. ONDAS ANORMALES Distorsiones que aparecen en el sistema durante ciertas condiciones operativas. Tipos: Introducción basado en el grado de amortiguamiento y el tiempo de duración. Sobretensiones temporales Sobretensiones de maniobra Sobretensiones por descargas atmosféricas 15
V(pu) 6 5 Sobretensiones de origen atmosférico 4 Sobretensiones de maniobra 3 2 Sobretensiones temporarias 1 0 Umáx=1.0 pu -6-4 -2 0 2 4 10 10 10 10 10 10 t(s) Introducción 16
Sobretensiones Temporales Caracterización básica amplitud inferior a 1.5 pu oscilaciones a frecuencia industrial duración de decenas de milisegundos Exemplos Fallas Rechazo de Carga Resonancia y Ferro-resonancia Efecto Ferranti Sobretensiones de Maniobra Caracterización básica IEC ===> 250 x 2500 µs ANSI ===> 250 + 50 µs x 2500 + 1500 µs Amplitude hasta 4.0 pu Exemplos Energización y recierre de líneas Maniobras de capacitores y reactores Energización de transformadores Tensión de restablecimiento de interruptores 17
Sobretensiones de origen atmosférico Caracterización básica ANSI/IEC ===> 1.2 x 50 µs Exemplos Descarga directa en conductores Descargas inversa En torres En cables de guardia Descargas próximas a líneas Software para simulaciones 1.- EMTP (CANADA) - HERMAN DOMMEL 2.- ATP (U.S.A.) 3.- MICROTRANS (ITALIANO) 4.- PSCAD (CANADA) 4.- Power Factory DigSILENT (ALEMANIA) 18
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