Proof of Concept

Para realizar los estudios de transitorios electromagnéticos se efectúan simulaciones digitales con el programa ATP y su interfaz gráfica ATPDraw versión 5.5.

En la figura 5.2. se muestra una secuencia de pasos a seguir para el análisis de los fenómenos transitorios electromagnéticos con el software ATP DRAW

Figura 5.2 Flujograma de simulación de Transitorios Electromagnéticos

Fuente: Manual ATP DRAW 5.5. (2016)

Las simulaciones efectuadas para las diferentes operaciones generadoras de fenómenos transitorios:

 Energización de líneas

 Recierre monopolar de líneas

 Energización de transformadores

También se realizan los siguientes análisis:

 Análisis de la tensión transitoria de recuperación

 Análisis de la extinción del arco secundario

 Respuesta en frecuencia de la red

Las maniobras estadísticas simuladas, permiten obtener los valores medios y la desviación estándar (σ) con las cuales se calcula el valor

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estadístico que corresponde a las sobretensiones con el 98% de

probabilidad de ocurrencia, que corresponden a las tensiones

representativas, de acuerdo a las Normas IEC 60071-1 e IEC 60071-2.

Asimismo, concordante con el procedimiento PR-20 del COES “Ingreso,

modificación y retiro de Instalaciones en el SEIN”, se realizaron 200 simulaciones para cada maniobra.

5.2.1. ENERGIZACIÓN DE LÍNEAS

Para simular esta maniobra se mantiene abierto el interruptor de un extremo de la línea y se realiza la energización a través del interruptor del otro extremo. Se debe llevar registro de la tensión de fase y fase tierra en el extremo que permanece abierto.

En las simulaciones realizadas se energiza la línea empleando interruptores estadísticos. Se adopta una dispersión máxima entre polos de los interruptores de 5 ms, con distribución normal. Se realizan las simulaciones cubriendo toda la onda de tensión sinusoidal, con una distribución uniforme.

5.2.2. RECIERRE MONOPOLAR DE LÍNEAS

Para simular esta maniobra se efectúan los siguientes pasos:

 Falla monofásica en la línea.

 Se abren los polos de una fase en ambos extremos, de tal

manera que el segundo interruptor en abrir lo hace en 5 ms después del primero para dejar acumular carga atrapada.

 500 ms después de la apertura de la línea (tiempo muerto) se

efectúa el recierre monofásico de la fase fallada en un extremo de la línea manteniendo el otro extremo abierto. Este tiempo es inferior al normalmente utilizado por las empresas de transmisión y representa una condición pesimista en la cual, se espera encontrar mayores sobretensiones.

Las simulaciones fueron llevadas a cabo empleando interruptores estadísticos con distribución uniforme en un intervalo mínimo de 1 ciclo y considerando carga atrapada.

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No se consideran fallas monofásicas desde el inicio de la simulación (T=0ms), ya que estas drenarían la carga atrapada y serían menos severas las sobretensiones en esta condición.

5.2.3. MANIOBRA DE TRANSFORMADORES

Los parámetros que influencian la corriente de inrush son: la característica de saturación del transformador, la impedancia de cortocircuito del transformador, la impedancia equivalente del sistema y la dispersión al cierre de los polos del interruptor.

Para esta maniobra se realiza una energización estadística de los transformadores del proyecto y se observan las corrientes de inrush, las sobretensiones fase tierra y fase – fase.

La característica de saturación de la rama magnetizante se obtuvo de de los resultados de los protocolos de prueba de vacío.

Para considerar la dispersión entre polos del interruptor se hicieron energizaciones estadísticas con 100 maniobras en cada caso. Se considera la energización tanto del lado de 220 kV como de 138 kV.

5.2.4. ANÁLISIS DE LA TENSIÓN TRANSITORIA DE RECUPERACIÓN (TTR)

Es la tensión que aparece entre los contactos de un interruptor después de la interrupción del arco eléctrico. Esta tensión es posible considerarla en dos intervalos de tiempo sucesivos, uno durante el cual existe el transitorio de tensión y otro durante el cual se establece la tensión a frecuencia industrial de régimen permanente. El comportamiento de la tensión de restablecimiento depende de los parámetros del circuito R, L y C de la red, del tipo de falla y punto de aplicación a despejar por el interruptor. Si la tensión de restablecimiento supera la capacidad de aislamiento entre contactos, el arco se reencenderá hasta el siguiente cruce por cero. La norma

IEC-62271-100 establece los valores de soportabilidad y

representaciones normalizadas del TTR tal como se observa en la figura siguiente:

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Figura 5.3 Tensión Transitoria de recuperación

Fuente: Análisis de sobretensiones debido a transitorios pr maniobras

El análisis de la tensión transitoria de recuperación, se realiza comparando la sobretensión obtenida de las simulaciones con las gráficas estándar de TRV para cada nivel de tensión (220 kV y 138 kV) y tipo de falla a despejar (terminal, kilométrica y en oposición de fases).

Como esquema general del modelo implementado en ATP corresponde a lo indicado en la norma IEC62271-100

Figura 5.4 Circuito equivalente para la determinación del TRV

Fuente: Análisis de sobretensiones debido a transitorios pr maniobras

Los valores de capacitancias consideran la mejor información disponible de normas como por ejemplo IEEE Aplication Guide for transient Recovery Voltage for AC High-Voltage Circuit. Para el caso del autotransformador se consideró la capacitancia de bujes

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disponible de las pruebas de capacidad y factor de potencia (342pF para el lado de 138 kV y 524 pF para el lado de 220 kV).

5.2.5. VERIFICACIÓN DE LA EXTINCIÓN DEL ARCO SECUNDARIO

El arco secundario es la corriente que se produce después de la apertura de la fase fallada en ambos extremos de la línea como consecuencia del acople capacitivo y hasta cierto punto también depende del acople inductivo de las otras fases y líneas paralelas. Dado que este fenómeno se produce durante el recierre de líneas, se estudiará para los casos de recierre monopolar. El recierre monopolar es una práctica muy usual en las líneas aéreas de Extra Alta Tensión (EHV) debido a que la gran mayoría de las fallas que ocurren son monofásicas y de carácter temporal.

El objetivo de este análisis es verificar si la corriente de arco secundario se extingue en un tiempo inferior al tiempo muerto (500 ms), parámetro utilizado para el recierre monopolar de las líneas. El procedimiento se realiza efectuando una falla monofásica para cada fase en los extremos y en los puntos de transposición de las líneas, con apertura posterior en ambos extremos de la fase en falla, con el fin de observar las corrientes de arco primario y secundario. Después se efectúa la apertura de la falla para observar la extinción del arco secundario.

Las condiciones que permiten evaluar la posibilidad de un recierre monopolar exitoso dependen no solo de las características eléctricas del sistema (longitud del tramo, grado de compensación, etc.) sino también de condiciones geográficas y ambientales en el sitio de la falla (humedad, viento, contaminación, etc.). En el presente estudio se ha adoptado el criterio CESI y el criterio indicado en el procedimiento PR-20 “Ingreso, Modificación y Retiro de Instalaciones en el SEIN”.

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5.2.6. RESPUESTA EN FRECUENCIA DE LA RED

Se realiza un análisis de la impedancia en función de la frecuencia en el año 2013 en demanda mínima estiaje, en el nivel de tensión de 138 kV y 220 kV, con el fin de observar la posibilidad de aparición de sobretensiones elevadas durante la energización del auto transformador consecuencia de la interacción de la red con las corrientes de inrush de los transformadores durante su energización.