05 Estudios de Transitorios Electromagneticos

7/25/2019 05 Estudios de Transitorios Electromagneticos

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Informe de Estudio Elctricos

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ABRIL 2014

ESTUDIO DE OPERATIVIDADCONEXIN TEMPORAL COTARUSE-SELENE 66 KV

INFORME DE ESTUDIO DE TRANSITORIOSELECTROMAGNTICOS

Revisin Modificaciones Fecha

1 Emisin Original 2014-04-16

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ESTUDIO DE OPERATIVIDADCONEXIN TEMPORAL COTARUSE-

SELENE 66 KV 2014-04-16

ESTUDIO DE TRANSITORIOS ELECTROMAGNTICOS


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Contenido

1. OBJETIVOS ........................................................................................................................ 3

2.

METODOLOGA ................................................................................................................. 3

3.

MODELAMIENTO DE LA RED DE ESTUDIO .................................................................. 5

4.

ENERGIZACIN DE LNEAS ............................................................................................ 6

5.

RESPUESTA EN FRECUENCIA DE LA RED .................................................................. 8

6.

ENERGIZACIN DE TRANSFORMADORES ................................................................ 10

7.

CONCLUSIONES ............................................................................................................. 13


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1. OBJETIVOS

Este documento presenta los resultados correspondientes a los estudios de

transitorios electromagnticos, realizados para la conexin temporal del

transformador de la minera Selene a la subestacin Cotaruse, como parte de

los alcances del estudio de operatividad.

2. METODOLOGA

Evaluar el impacto que presentar al SEIN la operacin de conexin temporal

Cotaruse-Selene 66 kV, con relacin a los transitorios electromagnticos para

evaluar las maniobras de energizacin de la lnea y el transformador asociado

al proyecto. Se identificar eventuales condiciones de ferroresonancia durante

estas energizaciones.

Para realizar los estudios de transitorios electromagnticos se efectan

simulaciones digitales con el programa DigSILENT Power Factory.

Los casos analizados para verificar los fenmenos transitorios son lossiguientes:

Energizacin de lnea

Respuesta en frecuencia de la red

Energizacin del transformador de Ares.

Para las sobretensiones de maniobra se adoptan tensiones base pico en cada

nivel de tensin, para expresar los valores de sobretensiones en p.u.

Para el sistema de 220 kV:

179,6 kV (tensin base pico fase-tierra)

311,1 kV (tensin base pico fase-fase)


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Las maniobras simuladas son estadsticas y permiten obtener los valores

medios y la desviacin estndar () con las cuales se calcula el valorestadstico que corresponde a las sobretensiones con el 95% de probabilidad

de ocurrencia.

La distribucin Normal del tiempo de cierre y la dispersin se relacionan

mediante las igualdades mostradas en la siguiente figura:

Figura 1. Distribucin normal Gaussiana para la mediana (polo R) y dispersin de polos S y T


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3. MODELAMIENTO DE LA RED DE ESTUDIO

En la Figura 2 se presenta el diagrama general en el que se representan las

lneas de transmisin, la compensacin con reactores, los bancos de

compensacin serie y el transformador objeto de anlisis.

Figura 2. Diagrama general proyecto de conexin provisional

La longitud de la lnea de 60kV es de 28,7 km desde Cotaruse hasta laconexin en Selene. El modelo representado considera equivalentes de la

zona centro y sur en demanda mxima estiaje para el ao 2014.


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4. ENERGIZACIN DE LNEAS

Se realizaron para la lnea 200 energizaciones estadsticas, con 100 ms de

tiempo de simulacin. Para la simulacin se emple interruptores estadsticos

con una dispersin mxima entre polos de los interruptores de 5 ms, con

distribucin normal.

Se hicieron las simulaciones cubriendo 180 de la onda de tensin cosenoidal,

con una distribucin uniforme. La Figura 3 y la Figura 4 muestran una de las

200 energizaciones simuladas. Se ha representado grficamente uno de los

casos ms crticos identificados solo como referencia para tener una

interpretacin grfica del fenmeno.

Figura 3. Energizacin de la lnea de 60kV, tensiones en el extremo local y remoto.


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Figura 4. Energizacin de la lnea de 60kV, corriente de energizacin.

Para el anlisis del impacto de energizar la lnea se presenta laFigura 5 que

nos indica los resultados del anlisis estadstico indicando la media, la

desviacin estndar, la varianza y el intervalo de confianza para analizar estos

resultados.

Se muestra que la probabilidad para sobretensiones mayores a 1.6p.u. es

menor a 50%. Cabe resaltar que las simulaciones se efectuaron sin considerar

los pararrayos de 60kV con la finalidad de obtener mximas tensiones

registradas.


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Figura 5. Probabilidad acumulada para la mxima sobretensin registrada durante laenergizacin de la lnea CotaruseSelene.

5. RESPUESTA EN FRECUENCIA DE LA RED

Se realizaron anlisis de impedancia en funcin de la frecuencia en el ao2014 en demanda mxima estiaje, en los nodos donde se harn las

energizaciones de los transformadores, bsicamente en la subestacin

Cotaruse, con el fin de explorar la ocurrencia de polos a los armnicos

caractersticos de orden 2, 3, 5, 7 y 11 y posteriormente en tales casos analizar

la interaccin de la red con las corrientes de inrush del transformador durante

la energizacin y la posibilidad de aparicin de sobretensiones.


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Figura 6. Diagrama de impedancia de la red Z(w).

Figura 7. Diagrama de ngulo de las impedancias de la red a los armnicos caractersticos.


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6. ENERGIZACIN DE TRANSFORMADORES

Los transformadores tendrn interruptores sin mando sincronizado por lo que

realizo una exploracin estadstica de las corrientes de inrush y de las

sobretensiones al energizar el transformador de la minera Ares.

Los parmetros que influencian la corriente de Inrush son: la caracterstica de

saturacin del transformador, la impedancia de cortocircuito del transformador,

el flujo remanente en el transformador al momento de energizacin, la

impedancia equivalente del sistema y la dispersin al cierre de los polos del

interruptor.

La caracterstica se saturacin despus del codo de saturacin se model con

una pendiente de 0,15 p.u. por recomendacin prctica recibida de IREQ,

asimismo este valor es exigente comparado con recomendaciones de

pendientes de 20 y 25%.

Para la parte saturada de la caracterstica de magnetizacin de los reactores

se toma como 0.33 y el codo de la tensin en 1.25p.u. Esto en base a los

criterios de diseo de reactores y las recomendaciones de los fabricantes. A

continuacin se muestra una de las 400 energizaciones simuladas, la cual en

si fue escogida para verificar la mxima corriente de inserccion.:

Figura 8. Corrientes de insercin del transformador de la minera.


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Para considerar la dispersin entre polos del interruptor se hicieron

energizaciones estadsticas con 400 maniobras de energizacin deltransformador de Ares.

Los resultados de las mximas sobretensiones se muestran en laFigura 9,el

cual indica que tenemos una mxima probabilidad de hasta 7% para

ocurrencia de sobretensiones mayores a 1.14p.u.

Tomamos como referencia 1.14p.u. para el anlisis debido a que pueden ser

mitigadas por el pararrayos del transformador dado que es de clase 4 cuyas

caractersticas tcnicas son:

Figura 9. Probabilidad acumulada debido a la energizacin del transformador de la minera.

Respecto al fenmeno de simpata no se ha identificado mayores distorsiones

de la corriente en los reactores, esto se puede ver en la simulacin mostradaen laFigura 10,la cual es una de las 400 energizaciones estadsticas.


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Este fenmeno de simpata no es apreciable en reactores debido a que estos

equipos tienen el codo de saturacin normalmente en 1.25p.u. debido anecesidades propias por la condiciones operativas de este equipo de

compensacin shunt.

Figura 10. Corrientes de simpata en los reactores de Cotaruse debido a la energizacin deltransformador de la minera.


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7. CONCLUSIONES

Se efectu una evaluacin de las sobretensiones de maniobra,

realizando 200 simulaciones estadsticas, para la lnea de transmisin a

la minera Selene y para las maniobras de energizacin del

transformador. Se obtienen parmetros estadsticos (valor medio,

desviacin estndar () de sobretensiones, con el 95% de probabilidad

de ocurrencia.

La corriente de inrush en el transformador puede ser hasta del orden de

2.03 p.u. de la corriente nominal en el caso ms desfavorable, pero se

observa que las sobretensiones tienen una probabilidad menor de 7% de

alcanzar niveles superiores a 1.14p.u. Ms aun considerando los

equipos de proteccin tales como el pararrayos se concluye que desde

el punto de vista de sobretensiones no se ver comprometida la red de

transmisin.

Los resultados de la energizacin del transformador de Ares se basan en

la condicin ms desfavorable, es decir, realizando la maniobra de los

transformadores sin mando sincronizado y sin embargo no se observa

mayores sobretensiones que no puedan ser mitigadas por la

caracterstica nominal del pararrayos.

El efecto de simpata sobre los reactores de la subestacin Cotaruse no

es apreciable tal como se muestra en la Figura 10 esto debido a la

caracterstica tpica de los equipos de compensacin shunt cuyo punto

de rodilla de saturacin esta entre 1.25 y 1.35p.u.

Se hizo el anlisis de impedancia en funcin de la frecuencia en el nododonde se harn las energizacin del transformador, bsicamente en

Cotaruse 220 kV, con el fin de explorar la ocurrencia de polos a los

armnicos caractersticos de orden 2, 3, 5, 7 y 11. Se verifico que los

polos estn alejados.

No se presentan polos de magnitud elevada a los armnicos

caractersticos 2, 3, 5, 7 y 11 en los nodos analizados, por lo tanto, no se

esperan sobretensiones debidas a la interaccin entre las componentes

armnicas de las corrientes de inrush de transformadores, con las

impedancias armnicas de la red.

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