Empirical model specification

Cuando se energizan las líneas de media y alta tensión, que llevan energía de las plantas con arranque autónomo y demás fuentes de generación iniciales a otras plantas (para que puedan ser arrancadas) y a cargas prioritarias, se busca controlar sobrevoltajes que afecten la seguridad del Sistema, la integridad física de los operadores y la vida útil de los equipos.

Los sobrevoltajes que se pueden presentar en el momento de energizar las líneas de alta tensión y cables subterráneos son de tres tipos: sobrevoltajes sostenidos, sobrevoltajes transitorios debidos a las acciones de cierre de los interruptores y sobrevoltajes debidos a resonancia armónica.

Sobrevoltajes sostenidos

Los sobrevoltajes sostenidos son producidos por la potencia reactiva capacitiva generada por las líneas de transmisión y/o elementos capacitivos. En estado de restablecimiento, las líneas de transmisión se encuentran generalmente poco cargadas creando un exceso de reactivos capacitivos que inciden directamente en los perfiles de voltaje. Algunas de las consecuencias de estos reactivos sobre los elementos son: 1. los generadores pueden sufrir una sub-excitación, 2. los sobrevoltajes sostenidos causan sobre- excitación, sobre-calentamiento y armónicos de distorsión en los transformadores de potencia; 3. en general los voltajes pueden superar los niveles de aislamiento de los equipos causando daños en los mismos. La herramienta analítica utilizada para estudiar este fenómeno es el flujo de carga.

El control de los sobrevoltajes sostenidos se realiza absorbiendo los reactivos capacitivos producidos por las líneas de transmisión ligeramente cargadas mediante [34]:

 Capacidad suficiente de baja excitación por parte de los generadores.  Conectar cargas reactivas inductivas (factor de potencia en atraso).

 Remover todas las fuentes de potencia reactiva y abrir los capacitores shunt.  Utilizar los generadores en la máxima producción posible de reactivos inductivos.  Operar los transformadores de potencia paralelos en diferentes taps para permitir

incrementos en la circulación interna de corriente del banco y por lo tanto aumentar el consumo de reactivos.

 Energizar en lo posible sólo líneas de transmisión que llevan suficiente carga.

 Mantener el perfil de voltaje lo más bajo posible, pues los reactivos son función del cuadrado de la tensión.

Sobrevoltajes transitorios

Este tipo de sobrevoltaje es producido en la maniobra de energización de grandes segmentos de línea o swicheo de elementos capacitivos, y su característica principal es la gran amplitud y la corta duración del sobrevoltaje. Para el estudio de estos fenómenos se utiliza el modelo RLC del Sistema; los generadores son representados por su equivalente Thévenin, para los transformadores y las líneas se emplean sus modelos RLC.

Como modo de ejemplo, en [17] se encuentra una relación gráfica del sobrevoltaje transitorio con extremo receptor abierto, contra la longitud de línea, nivel de tensión nominal de la línea y capacidad de los generadores. En la Figura 2.4 se observa que a mayor longitud de las líneas el sobrevoltaje que se produce es mayor; lo mismo ocurre con el nivel de voltaje al cual se opera, pues al ser mayor el nivel de voltaje de operación la relación de sobrevoltaje en p.u. se incrementa. El caso extremo de este fenómeno se presenta con líneas que operan con voltajes de 500kV o superiores y longitudes mayores a 240 Km, en los cuales el sobrevoltaje transitorio puede llegar a 3.4 veces el voltaje nominal.

La forma de contrarrestar este tipo de sobrevoltaje es utilizando cargas en el extremo receptor y/o energizando pequeños segmentos de línea. La desventaja en la mala aplicación de estos métodos es que la carga a restaurar puede resultar muy grande, tanto que logre desestabilizar el Sistema; además, energizar pequeños segmentos de línea puede alargar innecesariamente el proceso de restablecimiento.

Figura 2.4 Sobrevoltajes transientes en líneas

Sobrevoltajes por resonancia armónica

Este tipo de sobrevoltaje es producido por maniobras del interruptor y elementos de características no lineales. Se origina resonancia debido a la interacción de la inductancia y capacitancia de la línea y la corriente de energización de los transformadores; este fenómeno es de larga duración. Los estudios de este tipo de fenómeno se centran cuando se energiza el conjunto línea-transformador y se observa si los armónicos producidos pueden afectar la seguridad del Sistema.

Sin embargo los sobrevoltajes producidos por armónicos se pueden controlar [34]: 2 2,2 2,4 2,6 2,8 3 3,2 3,4 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 Sob re vol ta je S os te ni do e n e l E xt re m o R e ce pt or (p. u. )

Longitud Línea (Kilometros)

230 kV, 50 MVA

345kV, 100 MVA 500 kV, 150 MVA

 Los sobrevoltajes armónicos sostenidos causados por sobre-excitación de los transformadores pueden ser controlados seleccionando el tap adecuadamente.

 La resonancia puede ser amortiguada conectando suficiente carga en el fin de la línea o carga muerta al energizar el transformador.

 Entregando una alta impedancia con la puesta en línea del mayor número de generadores.

 Minimizando la energía reactiva capacitiva utilizando las líneas lo más cargadas posible y los tap de los transformadores en la ubicación más baja.

La energización de las líneas de alta y extra-alta tensión junto con las líneas subterráneas, debe realizarse con una planeación exigente y una adecuada capacidad de absorción de reactivos por parte de los generadores buscando evitar cualquier tipo de sobrevoltaje. Para prevenir o por lo menos minimizar los sobrevoltajes se debe tener en cuenta el punto de operación de los taps de los transformadores, longitud de las líneas a energizar, tamaño de las cargas en los extremos, punto de operación de los generadores, cambios en los ajustes de las protecciones, operaciones de ―switcheo‖ en los interruptores y caminos alternativos [17][31].