TRANSENER-Analisis de Transitorios Electromagneticos_H Disenfeld

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Sistemas de Transmisión en Extra Alta Tensión

Estudios Especiales en Sistemas de Transmisión en Extra Alta Tensión:

Transitorios Electromagnéticos y Otros


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• Temas a Considerar

• Seguridad Pública

• Calidad de Servicio

• Solicitaciones sobre el Equipamiento

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• Seguridad Pública• Se debe cumplir con la legislación vigente,

la cual se refiere a dar especificaciones que eviten contingencias de daños a la gente.

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• En Argentina se dan resoluciones de la Secretaría de Energía, que establecen valores máximos admisibles de campos electrostáticos y electromagnéticos al borde de la franja de servidumbre.

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• Seguridad Pública• En base a los documentos elaborados

conjuntamente por la Organización Mundial de la Salud (OMS), la Asociacion Internacional Proteccion contra la Radiacion no Ionizante (IRPA), y el Programa Ambiental de Naciones Unidas

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• Seguridad Pública• los cuales recopilan en diferente países, los

valores típicos de la mayoría de las líneas que se encuentran en operación, se adopta el siguiente valor límite superior de campo eléctrico no perturbado, para líneas en condiciones de tensión nominal y conductores a temperatura máxima anual:

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• Seguridad Pública• Tres kilovoltios por metro (3 kV/m), en el

borde de la franja de servidumbre, fuera de ella y en el borde perimetral de las subestaciones, medido a un metro (1 M) del nivel del suelo.

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• Seguridad Pública• En base a la experiencia de otros países,

algunos de los cuales han dictado normas interinas de campos de inducción magnéticas y a los valores típicos de las líneas en operación, se adopta el siguiente valor límite superiores de campo de inducción magnética para líneas en

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• Seguridad Pública• condiciones de máxima carga definida por

el límite térmico de los conductores: doscientos cincuenta mili Gauss (250 mG), en el borde de la franja de servidumbre, fuera de ella y en el borde perimetral de las subestaciones, medido a un metro (1m) del nivel del suelo

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• Torre Autosoportada

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• Torre Arriendada CRS

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• Calidad de Servicio• Se debe cumplir con la legislación vigente,

la cual se refiere a dar especificaciones en lo que concierne a:

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• Calidad de Servicio• Continuidad en la prestación

• Tensiones dentro de la banda establecida

• Perturbaciones acotadas a un nivel admisible, determinado por la reglamentación vigente.

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• Calidad de Servicio• Se consideran, como perturbaciones a:

• Distorsión de Onda (armónicas) • Flicker

• Huecos de Tensión

• Estos casos deben ser considerados en las redes de M.T. y de A.T.

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• Calidad de Servicio• Para los niveles de transmisión en Extra

Alta Tensión son de primordial interés las perturbaciones provocadas por Efecto Corona

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• Calidad de Servicio• Radio interferencia

• Ruido audible

• Efluvios

• Pérdidas por efecto corona (no hace a la calidad de servicio pero si al diseño de la línea)

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• Calidad de Servicio• El efecto corona va a depender de:• Tensión de operación• Configuración geométrica de la línea• Condiciones climáticas• Densidad del aire (altitud sobre el nivel del mar)• Contaminación • Rugosidad de los conductores

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• Calidad de Servicio• En Argentina se da una resolución de la

Secretaría de Energía, que establece valores máximos admisibles de radio interferencia y de ruido audible.

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• Calidad de Servicio• La Comisión Nacional de Comunicaciones, fija

un nivel máximo de Radio Interferencia (RI) en: cincuenta y cuatro decibeles (54 dB) durante ochenta por ciento (80%) del tiempo, en horarios diurnos (Norma SC-S-3.80.02/76 - Resolución ex-SC Nº 117/78, medidos a una distancia horizontal mínima de cinco (5) veces la altura de la línea aérea en sus postes o torres de suspensión.

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• Calidad de Servicio• Se fija un límite de cincuenta y tres decibeles 'A'

[53dB(A)], valor que no debe ser superado el cincuenta por ciento (50%) de las veces en condición de conductor húmedo, a una distancia de treinta metros (30m) desde el centro de la traza de la línea o en el límite de la franja de servidumbre o parámetro de una estación transformadora

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• Calidad de Servicio• Efluvios por Efecto Corona:• Se utiliza en este caso la fórmula de Peek, que es

la que da el gradiente eléctrico superficial máximo que pueden presentar los conductores sin que se de el fenómeno de corona visible en condiciones de buen tiempo

• Este es un requerimiento que se adopta para las líneas de transmisión en alta tensión.

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• Calidad de Servicio• La fórmula de Peek se transcribe a

continuación:

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• Calidad de Servicio• M: Coeficiente de rugosidad del

conductor

• R: Radio en cm del conductor

• h: Altura del conductor sobre el nivel del mar

• t: Temperatura ambiente en °C

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• Calidad de Servicio• Pérdidas por Efecto Corona

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• Solicitaciones sobre el Equipamiento• Dieléctricas

• Térmicas

• Electrodinámicas

• Flujo Magnético (en transformadores)

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• Solicitaciones sobre el Equipamiento• Se debe evitar que ante cualquier

contingencia que se de en el sistema se presente sobre el equipamiento solicitaciones que lo pudieran dañar o degradar (pérdida de vida útil)

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• Solicitaciones sobre el Equipamiento• Solicitaciones Dieléctricas (coordinación

del aislamiento)

• Norma de Aplicación

• IEC 60071- Insulation Co-ordination

• Part 1 Definitions, principles and rules

• Part 2 Application guide

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• Solicitaciones sobre el Equipamiento• Térmicas• Electrodinámicas• Norma de Aplicación• IEC 60076 – Power Transformers• Part 5 Ability to withstand short circuit• Part 6 Reactors

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• Solicitaciones sobre el Equipamiento• Se debe considerar también las

solicitaciones térmicas sobre el cable OPGW (Optical Ground Wire), para el caso de falla monofásica, para así especificarlo.

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• Solicitaciones sobre el Equipamiento• Se debe considerar también las

solicitaciones térmicas sobre los descargadores, por lo que en el diseño de un sistema de transmisión, se debe simular contingencias muy exigentes, para determinar la capacidad térmica requerida.

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• Solicitaciones sobre el Equipamiento• Flujo Magnético (en transformadores)

• Norma de Aplicación

• IEC 60076 – Power Transformers

• Part 8 Application guide

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• Se debe entender que este 5% de sobretensión, debe darse con carga nominal y cos φ 0.8, por lo que la tensión 0.8, por lo que la tensión aplicada al primario debe ubicarse por ej., aplicada al primario debe ubicarse por ej., a lo sumo en 1.0 p.u. si el tap del a lo sumo en 1.0 p.u. si el tap del transformador se encuentra en .95 transformador se encuentra en .95

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• Estudios de Diseño para Sistemas de E.A.T.

• Energización de Líneas• Análisis de Solicitación Térmica en

Descargadores• Estudios de recierre monofásico• Estudios de Solicitaciones Térmicas y

Dinámicas en los Reactores de Neutro

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• Estudios de Diseño para Sistemas de E.A.T.

• Sobretensiones por fenómenos de resonancia con fases abiertas

• Verificación de la TRV, Tensiones de Restablecimiento. Metodología de los cuatro parámetros, descripta en el Anexo E de la Norma IEC 62271 – 100.

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• Aplicaciones – Estudios Realizados

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• Análisis de la Inserción de la E.T. Oscar Smith

• Se describen los estudios de transitorios electromagnéticos realizados, para determinar las adecuaciones necesarias en equipamiento de compensación shunt, con motivo de la próxima inserción de la E.T. Oscar Smith, lo que lleva a un seccionamiento de la línea Colonia Elía, hacia (Belgrano-) Rodríguez y de su derivación en doble línea de 47.4 km hacia esta nueva E.T.

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• Para el presente caso son decisivos dos tipos de estudios: estudios de efectividad de las maniobras de recierre monofásico y, para tramos que pudieran quedar sobrecompensados o con un grado de compensación cercano al 100%, es necesario verificar que no se presenten problemas de resonancia destructivos con uno y dos conductores abiertos.

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• Análisis de la Inserción de la E.T. Oscar Smith - Recierre Monofásico

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• Análisis de la Inserción de la E.T. Oscar Smith – Solicitaciones en Reactor de Neutro

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• Análisis de la Inserción de la E.T. Oscar Smith – Análisis de Resonancia a fase abierta.

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• Determinación de las Corrientes de Inserción de Transformadores en una Red Eléctrica

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• La inserción de grandes transformadores en las redes de alta tensión puede determinar transitorios de notable amplitud y duración, tanto en tensión como en corriente, debido a las condiciones de alinealidad por saturación del núcleo, como al efecto de histéresis y al magnetismo remanente.

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• Estudios de Tensión de Restablecimiento para la Especificación de Interruptores de la Cuarta Línea de 500 kV Comahue - Buenos Aires

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• TRV (Transient Recovery Voltage)

• RRRV (Rate of Rise of Restriking Voltage).

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• Norma IEC 56 – Método de los 4 Parámetros

• u1: Primer pico de la tensión de restablecimiento.• t1: Tiempo en que se alcanza la tensión u1 a

partir de la interrupción de corriente.• uc: Tensión de pico máxima de la tensión de

restablecimiento:• t2: Tiempo en que se alcanza la tensión uc a

partir de la interrupción de corriente.

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• Se realiza sobre el tramo Piedra del Águila - Choele Choel que es el de mayor longitud de la línea y en la condición de máxima transferencia.

• Fue modelado el Sistema Sur completo, con el programa ATP, y se realizaron los estudios sobre los interruptores en Piedra del Águila y en Choele Choel

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• Las líneas entre Alicurá y El Chocón y las de El Chocón a Ezeiza se modelaron con sus acoplamientos mutuos.

• En todas las líneas se modelaron sus transposiciones reales.

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• Red de 500 kV

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• Equivalentes en 50 Hz• Alicurá: Central Hidráulica y demanda de

ERSA.• Piedra del Aguila: Conexión de la CH Pichi

Picún Leufú.• Choele Choel: Demanda ERSA• Bahía Blanca: Central Térmica y demanda• Olavarría: Demanda

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• Equivalentes en 50 Hz• Abasto: Red de Subtransmisión• Ezeiza: Red de Subtransmisión• Henderson: Red de Subtransmisión• Puelches: Red de Subtransmisión• Cerrito de la Costa: CH P.Banderita y CT

Loma de la Lata• El Chocón: Red de Subtramisión y Cent.

Hidroel.

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• Estructura típica de la línea CRS

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• Modelado de:• La Nueva Línea• Equivalentes• Generadores• Transformadores• Reactores• Cargas• Descargadores de OZn

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• Modelado de:

• Resistencia de Arco

• Corriente (A) Tensión (V)• 6.9 1720.• 20.6 2400.• 51.6 2900.• 70.0 3100.

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• Interruptores• De 2 Cámaras con una capacitancia de

ecualización de 2500 pF por cámara

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• Reactancias de Capacitores Serie

• ET Choele Choel Reactancias• Banco 1.3 (Ch. Choel-P.Aguila) 28,6 • Banco 1.4 (Ch. Choel- B. Blanca) 19.8

• ET Olavarría• Banco 2.3 (Olavarría-B.Blanca) 22,7 • Banco 2.4 (Olavarría-Abasto) 24.0

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• Compensación Shunt en Línea

• Reactores en:• Choele Choel a:• Piedra del Águila 250 MVAr• Bahía Blanca 170 MVAr

• Bahía Blanca a Olavarría 150 MVAr• Olavarría a Abasto 150 MVAr

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• Apertura en Oposición de Fase

• uc = 1435 kVuc = 1435 kV• t2 = 2960 mseg.t2 = 2960 mseg.

• RRRV = u1/t1 = 0.48 kV/mseg.RRRV = u1/t1 = 0.48 kV/mseg.

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• Apertura Intempestiva de Líneas

• Resultados Apertura Intempestiva de Línea Piedra del Aguila - Choele Choel:

• TRV RRRV• P. del Águila 416 kV 0.152 kV/mseg• Ch. Choel 500 kV 0.183 kV/mseg

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• Apertura Intempestiva de Líneas

• Resultados Apertura de Línea Piedra del Águila - Choele Choel por Interdisparo:


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• Apertura por Falla Kilométrica

• Apertura de la Línea Piedra del águila Choele Choel, en Presencia de Falla Kilométrica


• U1 = 608 kV T1 =1210 useg.

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• Apertura por Falla Kilométrica

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• Valores Críticos

• TRV = 1435 kV• Uc = 1435 kV• T2 = 2960 useg.

• RRRV = 0.500 kV/useg• U1 = 608 kV• T1 = 1210 useg

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• Análisis de Perturbación con Resonancia a Fase Abierta, Solicitación Sobre el Equipamiento y Propuesta de Protección

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• Antecedentes:• Ante una contingencia a fase abierta, se presenta

en una fase de un transformador una sobretensión de 1.55 p.u., con una duración de 800 ms

• Se da a consecuencia de una resonancia a fase abierta entre las diferentes componentes reactivas que intervienen en el fenómeno

• Se analiza el fenómeno y se presenta una propuesta de protección para evitar daños.

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• Registro Oscilográfico

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• Descripción del Fenómeno

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• Representación de la Contingencia• Modelado

• Transformador de Potencia

• 150/150/50 MVA

• 500+(10–15) x(1%) /138/34.5 kV

• Xa = 17.97 % Xm = -0.67 % Xb = 27.37 % • En 500 kV el transformador se encuentra protegido con

• descargadores de ZnO de Unom 396 kV

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• Modelado del Transformador

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• Curva de Magnetización – Representación

• (Vknee point) de 1.10 p.u. en 13.2 kV

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• Curva de Magnetización – Representación

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• Curva de Magnetización - Representación• La Xac para transformadores es 2 veces la

reactancia de cortocircuito de secuencia positiva, siendo esta última aproximadamente la reactancia de dispersión del arrollamiento de alta tensión.

• XAC de Magnetización XMagn.ac

• Xac = XMagn.ac + XA = 20 % + 18 % = 38 %

• Vknee point = 1.10 p.u - Xac = 38 %

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• Condiciones Previas a la Contingencia

• Flujo a Romang desde Resistencia de 539 MW

• Flujo de Romang a Santo Tomé de 463 MW

• Carga en 132 kV de Romang - 75 MW.

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• Simulación de la Maniobra • T = 0 ms Se inicia la simulación• T = 20 ms Se presenta la falla monofásica en fase R en la

línea Romang – Santo Tomé en un punto próximo a Romang (Se simuló la falla a 45 km de Romang que es el posicionamiento de una transposición)

• T = 100 ms Se abren (en su fase R) los interruptores de las líneas Resistencia – Romang en Resistencia y Romang – Santo Tomé en Romang.

• T = 900 ms Se despeja la falla y sé recierra la fase R del interruptor de Resistencia.

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• Registro Oscilográfico

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• Análisis de Resultados

• Umax 1.58 p.u. Edesc 2.58MJ T 800 ms

• Es de interés implementar algún tipo de protección para evitar riesgos

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• Análisis de Sensibilidad • Se determina que un codo de saturación (knee point) más

elevado o una reactancia de núcleo de aire Xac mayor, exigirían aún más las solicitaciones sobre el equipamiento

• Un codo de saturación (knee point) o una reactancia de núcleo de aire Xac menores, si bien resultarán en solicitaciones menores, exhibirán corrientes de magnetización mayores, con sus efectos incrementados sobre la protección diferencial

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• Propuesta de Protección• Descargador utilizado - ZnO de Unom 396 kV

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• Propuesta de Protección

• Si Tr (strength factor) = 1. U = 396 kV

• Sobretensión = 396 / (500/1.73) = 1.37 p.u.

• Si se tuviese una sobretensión de 1.60 p.u.

• Ur = 1.60 / 1.37 = 1.17 Ur

• Tiempo admisible 300 ms

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• Relés de tensión temporizados

• Siendo V1 < V2 < V3 y en consecuencia T1 >T2 >T3, si se presentase una tensión una tensión levemente inferior a V3, está se mantendrá un tiempo T2, el mismo concepto aplicado a V2, mantendrá esta tensión un tiempo T1 y si se aplicase una tensión próxima a V1 el relé no actuará.

• Esto viene al efecto de que para la determinación de las solicitaciones dieléctricas o térmicas de cada nivel de tensión, se lo debe considerar con una duración del nivel inmediato de mayor duración

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• Propuesta de Protección• Una propuesta para protección de transformador es:

• Una propuesta para protección de línea es:

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• Propuesta de Protección• Ejemplo de aplicación de la protección sobre el

transformador

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• Conclusiones• Normalmente cuando se realiza un estudio de diseño de

compensación en líneas, entre las condiciones que se analizan se encuentran las de fase o dos fases abiertas, por eventuales sobretensiones que se pudieran provocar sobre la o las fases flotantes, (sin referencia) a consecuencia de resonancia sincrónica y que podría afectar al equipamiento.

• Nunca se considera un caso en que se de una configuración como la que se presentó en las líneas Resistencia – Romang - Santo Tomé, con el transformador en Romang con una fase sin referencia, el que

fue analizado en este informe.

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• Conclusiones• De producirse esto, de acuerdo a lo expuesto, y si se dan ciertas

condiciones en los parámetros de las líneas y del transformador se podrían presentar sobretensiones que den lugar a solicitaciones dieléctricas y térmicas excesivas sobre el equipamiento.

• Por lo tanto salvo que se asumiese que la contingencia mencionada es de probabilidad nula, parece lógico adoptar protecciones de sobretensión temporizadas con el objeto de proteger al equipamiento.

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