1.1a Conceptos Básicos Parámetros Generales

1.1 CONCEPTOS BÁSICOS

Juan F. Piñeros

Objetivos:

1. Identificar los principales parámetros de los elementos del sistema de potencia y

los rangos típicos de éstos.

2. Repasar el concepto de los sistemas en por unidad y su utilidad.

3. Revisar los conceptos clave alrededor de los principales equipos del sistema de

potencia (Generadores, Transformadores y líneas de transmisión).

4. Aprender los conceptos básicos de modelado y simulación de los sistemas de

potencia.

5. Aprender las principales características y conceptos de los principales transitorios

en los sistemas de potencia.

6. Revisar el fenómeno de interrupción de la corriente y los aspectos clave para la

especificación de los interruptores.

7. Adquirir los fundamentos para el manejo de ATP y DIgSILENT Power Factory para

realizar simulaciones de estado estable y transitorias.

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1.1 CONCEPTOS BÁSICOS

1.1a Parámetros de los principales equipos del SP

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Voltaje – Tensión

IEC 60071-1

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Voltaje - Tensión

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Aislamiento

Tipos

Los aislamientos desde el punto de vista del material pueden ser autorestaurables o no autorestaurables, los primeros recuperan sus propiedades al ocurrir una falla como el aire, el SF6 o el aceite. Los no autorestaurables pierden sus propiedades de aislamiento, los aislamientos sólidos como el papel o la porcelana son ejemplos de este tipo de aislamiento Desde el punto de vista de la configuración los aislamientos pueden ser fase fase, fase tierra y longitudinal. Si el aislamiento es afectado por las condiciones ambientales se dice que es aislamiento externo, si no es afectado se dice que es aislamiento interno.

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Aislamiento – Tiempo [3]

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Aislamiento

Sobretensiones

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Aislamiento Sobretensiones Temporales

Voltaje con frecuencia alrededor de la fundamental (± 2Hz) con valor pico máximo fase-tierra o fase-fase superior al voltaje pico fase-tierra o fase-fase máximo permitido para un SP, de larga duración y con poco o ningún tipo de amortiguamiento, generado por cambios en la configuración de elementos del SP. Causas Comunes: Cambios de Topología, Rechazo de Carga, Efecto Ferranti, Resonancia, Ferroresonancia.

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Aislamiento Sobretensiones de Maniobra

Voltaje pico fase-tierra o fase-fase superior al voltaje pico fase-tierra o fase-fase máximo Um asignado a un SP, de origen interno causado por maniobras voluntarias o involuntarias (operación errónea de equipo de maniobra o falla de aislamiento) que generan cambios en la topología del SP, de corta duración y alto amortiguamiento. Causas: Energización y Re-energización de Equipos, Aplicación y despeje de fallas, rechazo de carga.

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Aislamiento Sobretensiones por Rayo

Voltaje pico fase-tierra o fase-fase superior al voltaje pico fase-tierra o fase-fase máximo Um asignado a un SP, de origen externo causado por impacto de un rayo en o alrededor de un punto del sistema, de muy corta duración y alto amortiguamiento. Causas: Descargas Atmosféricas.

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Aislamiento

Nivel básico de Aislamiento al Impulso Tipo Rayo (BIL): Es la tensión de soportabilidad en kVp, del aislamiento a un impulso de voltaje onda 1.2 – 50 µs. Hay dos tipos: BIL Estadístico (90% de probabilidad de que no ocurra flameo) y el BIL Convencional (cuya probabilidad de que no ocurra flameo es del 100%) Tensión de soportabilidad de corta duración a frecuencia industrial (SDW): Tensión de soportabilidad RMS a frecuencia industrial por un tiempo de 1 minuto. En rango I (>1kV y <=245kV) es la tensión de referencia para la maniobra. Nivel básico de Aislamiento al Impulso Tipo Maniobra (BSL): Tensión de soportabilidad ante impulsos tipo maniobra 250-2500 µs. Aplicable a los sistemas en rango II (>245 kV).

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Corriente

Corriente Nominal In: Corriente para la cual ha sido diseñado el equipo en condiciones normales de operación.

Corriente Máxima Imax: Corriente máxima a la cual puede operar el equipo en condiciones normales de operación.

Corriente de Energización - Inrush: Corriente de energización de un equipo (Transformadores, Reactores, Líneas, Bancos de Capacitores, Motores) Corriente de Descarga - Outrush: Corriente que aportan equipos que almacenan energía ante cambios en las condiciones del sistema, generalmente fallas.

Corriente de Sobrecarga: Corriente máxima que puede soportar el equipo por un periodo de tiempo limitado, ante esfuerzos por encima de su capacidad máxima, sin que ocurra daño permanente del mismo.

Corriente de Cortocircuito Icc: Corriente de falla máxima que puede soportar el equipo por un corto periodo de tiempo, normalmente 1 a 3 segundos.

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Corriente Cortocircuito

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Corriente Armónica

En el sistema de potencia se presentan armónicos como consecuencia de cargas no lineales y fenómenos como la saturación. Algunos equipos se especifican para soportar una determinada cantidad de corriente armónica. En general se especifica la corriente total incluyendo armónicos. En algunos casos se especifica la corriente total debida a armónicos y el valor máximo para cada uno.

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Potencia

Potencia Nominal Pn: Potencia para la cual ha sido diseñado el equipo en condiciones normales de operación (Un).

Potencia Máxima Pmax: Potencia máxima a la cual puede operar el equipo en condiciones normales de operación (Um). La potencia en general es dependiente o está limitada, por los modos de refrigeración que tenga el equipo. La mayoría de Equipos presentan refrigeración natural por aire. Los transformadores de potencia usan la convección natural y forzada de aceite, y a través de radiadores, también se usa el aire natural o forzado, como medio refrigerante.

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Potencia

Refrigeración

C57.12.00 2010 [30]

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Impedancia Definida como Z= R+jX R -> Resistencia a la circulación de corriente eléctrica. Aspectos Clave: 1. Aumenta con la frecuencia (Efecto piel o skin) 2. Genera calor a través del efecto Joule. 3. Varía con la temperatura, a más temperatura mayor resistencia. 4. Disipa energía por lo cual es el agente de amortiguamiento en los transitorios en el sistema. 5. Se disminuye con el aumento en la sección del material conductor. XL -> Reactancia Inductiva: oposición al cambio de campo magnético. 1. Aumenta proporcionalmente con la frecuencia 2. Almacena energía en forma de campo magnético 3. Disminuye con el aumento del diámetro del conductor 4. Disminuye con la separación de conductores (XL mutua) 5. Aumenta con la permeabilidad magnética.

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Impedancia

Definida como Z= R+jX XC -> Reactancia Capacitiva : oposición al cambio de campo eléctrico 1. Disminuye con la frecuencia. 2. Almacena energía en forma de campo eléctrico. 3. Aumenta con el radio del conductor 4. Disminuye con el aumento en la separación de los conductores 5. Aumenta con la permitividad del dieléctrico

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Impedancia Acople Galvánico

La resistencia mutua, RM, representa el elemento común entre las dos tierras (1 y 2 de la Figura), aparentemente independientes, de tal forma que, una corriente entrando por el terminal 1 produce una tensión en terminal 2, aunque por éste último no se esté inyectando corriente.

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Impedancia Acople Inductivo

I

I'

LENZ

LAZO INDUCTIVO DE TIERRAiVI

+

-

I= Variable

FARADAY

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Impedancia Acople Capacitivo

C12

1

2

2CV

12V = V x

12

C

C1+ 2

V= Variable o constante

FACTOR DE ACOPLE

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Impedancia Tolerancia

Los parámetros de impedancia sufren variaciones por variables como la

temperatura y el envejecimiento natural de los materiales.

Elementos como celdas de bancos de capacitores, reactores de compensación,

reactores de sintonía presentan variaciones que en el contexto de ajuste de

protecciones de desbalance que deben ser consideradas. Las diferentes normas

de estos equipos presentan las tolerancias típicas las cuales están dentro del

rango de -10 y +10 %, siendo el rango más pequeño entre más grande sea la

potencia de los elementos.

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Topología Conexión Fuente

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Topología Interconexión de Elementos

Radial Anillo Enmallado Juan F. Piñeros

Puesta a Tierra Concepto Tierra Remota

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Puesta a Tierra Concepto Resistividad

La resistividad se define como la propiedad de un material descrita por un esfuerzo constante indicando la oposición al flujo libre de electrones en el material, se refiere el esfuerzo del campo eléctrico para establecer la corriente de conducción.

I

V

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Puesta a Tierra Medición de Resistividad

Normalmente se usa el método de Wenner y el método de Schlumberger Palmer

𝜌 = 2𝜋𝑎𝑅

𝜌 =𝜋𝑐 𝑐 + 𝑑

𝑑𝑅

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Puesta a Tierra Concepto

Resistencia de Puesta Tierra

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Puesta a Tierra Concepto

Resistencia de Puesta Tierra

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Puesta a Tierra Utilidad

Garantizar las condiciones de seguridad de los seres vivos.

Permitir a los equipos de protección despejar rápidamente las fallas.

Servir de referencia al sistema eléctrico.

Conducir y disipar con suficiente capacidad las corrientes de falla, electrostáticas y de rayo.

Realizar una conexión de baja resistencia con la tierra y con puntos de referencia de los equipos.

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Puesta a Tierra Malla de Puesta a tierra

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Ejercicio Identificar los Parámetros

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Ejercicio Identificar los Parámetros

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