Trabajo Final - Power II

7/23/2019 Trabajo Final - Power II

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UNIVERSIDAD AUTONOMA DE OCCIDENTE

Facultad de Ingeniería

ANÁLISIS DE UNA RED DE POTENCIA CÁLCULOS DE FALLAS DE CORTOCIRCUITO

Fernández Franco, José Vitelio; [email protected]

Resumen

Como parte de aprendizaje en la asignatura de potencia 2, se determina el comportamiento con elflujo de carga y posteriormente se presenta el análisis de fallas de cortocircuito con los dos tipos máscomunes (línea a tierra y línea a línea), en una red construida con fines educativos en el análisis desistemas de potencia en el contexto de fallas. En la red se incluyen todo tipos de elementoscomúnmente conectados a un sistema de potencia que tienen como objetivo ser parte de una red yrecrear una red real, con niveles de tensión y potencias acorde.

Palabras claves: Sistemas de potencia, niveles de transformación, líneas de transmisión, fallas

Abst ract

As part of learning in the subject of power 2, the f low behavior of load is determined and then theanalysis of short-circuit failure occurs in different types of faults (line to ground, line to line to ground)in a network built by two students from the Autonomous University of the West, in all types of networkelements commonly connected to a power system that aim to be part of a network and recreate areal network, with voltage levels and power line it is included.

Keywords: power systems, levels of processing, transmission lines, faults.

Introducción.

Con el fin de hacer este proyecto muy parecido a un sistema de potencia común, se partido de

generación, transmisión y distribución, variando los niveles de tensión y colocando diferentes tiposde cargas que en realidad pueden ser clientes.Con el fin de realizar un análisis detallado, se simularan fallas de cortocircuito en uno de loselementos, Por medio del software neplan podremos determinar diferentes parámetros de un sistemade potencia común como líneas, nodos, generadores, cargas, transformadores, estos elementos sepueden modificar en el software para el análisis en diferentes condiciones del sistema.

Diagrama de la red

La red construida consta de los siguientes elementos.

2 Generadores 60 MVA /13,8 Kv

Transformador 13,8 / 115 kV 70 MVA

Transformador 13,8 / 115 kV 50 MVA

Transformador 115 / 13,2 kV 30 MVA

mailto:[email protected]








2 Transformador 115 / 13,2 kV 75 MVA

2 Líneas de transmisión de 0,1 Km

2 Líneas de transmisión de 0,25 Km

Carga de 27 MVA.

Carga de 70 MVA.

Capacitor de -10Mvar

El conjunto de elementos conectados se muestra en la figura 0.

Figura 0 – Diagrama unifil ar de la red





Análisis del flu jo de potencia.

Para análisis de flujo de carga lo primero que se realizo fue configurar en los parámetros una de lascondiciones del proyecto que fue adaptar las referencias entre 95 % y 105% de esta forma al simularflujo de carga el programa neplan nos muestra en forma de color rojo los elementos que no cumplencon este criterio es decir que su regulación está por debajo de este porcentaje, lo que significa queel elemento esta subcargado o sobrecargado, al simularlo como se puede ver en la figura 1., ningúnelemento cambio a color rojo, la diferenciación que hace neplan de colores es debido a los diferentesniveles de tensión usados en el sistema por eso los cambios de color se dan antes y después de lostransformadores. Al calcular flujo de carga el programa por medio de eiquetas configuradas nosmuestra potencias, corrientes, cargabilidad etc, en cada uno de los elementos y al no arrojar ningúnerror significa que el flujo de carga en la red converge.

Figura 1 – Diagrama unifi lar de la red con cálculo de flujo de carga.





Neplan al simular muestra los siguientes resultados en forma de tablas para el cálculo de flujo decarga.

Figura 2 – Tabla con resultados de los elementos en análisis de fluj o de carga.

Figura 3 – Tabla con resul tados de los nodos en análisis de flu jo de carga.





En la figura 2 y 3 se puede observar el análisis de flujo de carga detallado para todos los elementosque hacen parte de la red, y los nodos y puntos de conexión que hacen parte del sistema, podemos

identificar por nombre cada uno, el nodo al que están conectados y sus diferentes parámetros decorriente, tensión, perdidas y cargabilidad para el sistema, con este análisis una de las aplicacionescon la cargabilidad es poder determinar en caso de ampliaciones d la red donde se pueden conectarcargas, generadores u otros elementos de tal forma que no hayan problemas de regulación o deconvergencia del flujo de potencia.

Simulación de fallas.

Se realizó la simulación de dos tipos de cortocircuito en la red simulando dos tipos de fallascomunes, falla línea a línea a tierra, y una falla monofásica es decir una de las fases se aterrizapara observar el comportamiento de las líneas.

Para hacer el cálculo de falla el programa utiliza los parámetros establecidos por la norma IEC60909ed 2-2001.

Falla monofásica.

Figura 4 – Diagrama unifilar del cir cuito con falla monofásica en nodo 2.





Se simulo una falla monofásica en el nodo 2 indicado de color amarillo en el diagrama unifilar de lafigura 4 como se puede observar en la figura 4, al simularlo en las etiquetas se pueden observarlas corrientes de falla en los nodos.

Neplan arroja en forma tablas resultados como los que vemos a continuación

Figura 5 – Resultados de cortocir cuito con falla en nodo 2

En la figura 5 se puede observar las corrientes de falla en el nodo de falla , para el nodo 2 que entroen falla las fases en la fase L1, la fase se aterriza solida o parcialmente a tierra, de tal forma quecrece su resistencia disminuye debido a la baja impedancia de la tierra, creando una resistenciaequivalente menor que la resistencia de los conductores en la fase 2 y 3, por esta razón la corrientedeja a un lado la fase 2 y 3 para conducirse por la fase 1 que en el momento de la falla tiene másconductividad eléctrica, esto se puede comprobar al ver que en la tabla, IK” (RST) en la fase 1 tieneun valor de 3,6kA, mientras que las fases 2 y 3 tienen un valor de 0 A cada una en el caso del nodo2 ,

Para ver el como la falla afecta los elementos del sistema neplan nos muestra una tabla decorrientes en los puntos de falla en la figura 6 y 7

Figura 5 – Resultados de cortoc ircui to con falla en nodo 2 para los elementos del sistema





Figura 7 – Resultados de cortoc ircui to con falla en nodo 2 para los elementos del sistema

En la figura 6 y 7 se puede observar como la falla monofásica afecta los elementos conectados y alsistema en general, el programa realiza el cálculo de corrientes de falla para cada uno de loselementos en la columna Ik (kA) y su respectivo angulo, la columna Alk(012) son las componentessimétricas de cada uno de los elementos del sistema.

Falla bif ásica a tierra.

También se realizó bajo los mismos parámetros de cálculo de la norma IEC60909 ed 2-2001, elcálculo de cortocircuito pero esta vez para otro tipo de falla (bifásica a tierra) es decir dos fases seunen y se aterrizan a tierra, esta falla se simulo en el nodo 3 como se muestra en la figura 8.





Se simulo una falla monofásica en el nodo 3 indicado de color amarillo en el diagrama unifilar de lafigura 4 como se puede observar en la figura 8, al simularlo en las etiquetas se pueden observarlas corrientes de falla en los nodos.

De forma análoga a la falla anterior Neplan arroja en forma tablas resultados como los que vemosa continuación

Figura 9 – Resultados de cortoc ircui to con falla en nodo 3 en el punto de falla.

En la figura 9 se puede observar las corrientes de falla en el nodo de falla , para el nodo 3 que entro

en falla las fases en la fase L2 y L3 se aterriza solida o parcialmente a tierra, de tal forma que crecesu resistencia disminuye debido a la baja impedancia de la tierra, creando una resistenciaequivalente menor que la resistencia de los conductor en la fase 1, por esta razón la corriente dejaa un lado la fase 1 para conducirse por la fase 2 y 3 que en el momento de la falla tienen másconductividad eléctrica, esto se puede comprobar al ver que en la tabla, IK” (RST) en la fase 1 tieneun valor de 0 kA, mientras que las fases 2 y 3 tienen un valor de 3,804kA para la fase 2 y 3,839 kAen la fase 3 cada en el nodo 3,

Para ver el como la falla afecta los elementos del sistema neplan nos muestra una tabla decorrientes en los puntos de falla en la figura 10 y 11.

Figura 10 – Resultados de cortoci rcuito con falla en nodo 3 en los elementos.





Figura 11 – Resultados de cortoci rcuito con falla en nodo 3 en los elementos.

En la figura 10 Y 11 se puede observar como la falla monofásica afecta los elementos conectados y

al sistema en general, el programa realiza el cálculo de corrientes de falla para cada uno de loselementos en la columna Ik (kA) y su respectivo Angulo, la columna Alk (012) son las componentessimétricas de cada uno de los elementos del sistema.

Hay que resaltar que en ninguna de las dos simulaciones hubo elementos sobrecargados en elsistema, por eso no se mostró la tabla.

Conclusiones.

Los condensadores en paralelo sirven en el sistema para mejorar la regulación, cuando seconecta a un barraje mejora notablemente por la inyección de potencia reactiva al sistema.

La herramienta neplan es una herramienta muy amigable que permite al ingeniero hacer

diseño de sus redes de transmisión y distribución, ver el comportamiento del sistema engeneral y el aporte de cada uno de los elementos en él.

Al realizar el análisis de flujo de carga podemos determinar las perdidas en cada uno delos elementos y uno de los parámetros más importantes es la cargabilidad del elemento yaque permite ver si se pueden introducir cargas o elementos o si al contrario es necesariohacer cambios en el sistema de tal forma que ningún elemento quede sobre cargado osubcargado por el tema de pérdidas.

Los resultados al simular las dos fallas fueron satisfactorios ya que se logro demostrar lateoría vista en clase.

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