ATP-EMTP (Aiternative Transients Program -ElectroMagnetic Transients Program)

En este capítulo

1 ¿Qué es ATP-EMTP? 333

2 Descripción del entorno de trabajo 334

3 Compilador: ATP 339

4 Gestor del entorno: ATPCC 349

S Editor gráfico: ATPDraw 359

6 Visualizador gráfico: PCPlot 369

7 Editor de textos: PFE32 373

8 Ejemplos 375

9 Bibliografía 422

- Elec:troMagnetic Transients Program)

1 iQué es ATP-EMTP? ATP-EMTP (Alternative Transients Program - ElectroMagnetic Transients Pro­

gram) es una herramienta software que permite llevar a cabo la simulación digi­tal de fenómenos transitorios de naturaleza electromagnética y electromecánica con fines de diseño, especificaciones de equipos o definición de parámetros eléc­tricos fundamentales. Mediante este paquete es posible plantear y resolver la mayor parte de las situaCiones que se pueden dar en las diferentes instalaciones eléctricas.

Se trata de una h erramienta especialmente diseñada para analizar, tanto en su individualidad como en su conjunto, los diferentes elementos que componen un sistema eléctrico, así como los sistemas de control asociados a los equipos eléctri­cos [1][2]. Algunas de las aplicaciones para las que resulta especialmente útil ATP­EMTP son las siguientes:

• Sobretensiones atmosféricas, temporales y de maniobra. • Análisis de faltas. • Análisis de armónicos. • Conexión /descon exión de transformadores, reactancias y condensadores. • Arranque de motores. • Estabi lidad transitoria. • Coordinación de aislamiento. • Análisis y ensayo de protecciones. • Transporte en corriente continua. • Compensadores estáticos de potencia reactiva: STATCOM, SVC, UPFC,

TCSC. • Ferro-resonancias. • Regímenes estacionarios sinusoidales, incorporando tanto elementos linea­

les como no lineales.

El paquete software ATP-EMTP resuelve sistemas eléctricos (monofásicos o polifásicos) y calcula el valor que adquieren a lo largo del tiempo las distintas variables del mismo. Para ello, trabaja con modelos que caracterizan el compor­tamiento de sus distintos elementos constitutivos: resistencias, inductancias, capacidades, elementos con parámetros concentrados y distribuidos, máquinas, interruptores, fuentes, etc. Lógicamente, todos estos elementos son fácilmente parametrizables y permiten flexibilizar sus características. Así, se pueden adecuar a las variaciones requeridas para modelizar los distintos tipos de elementos que se pueden encontrar en el sistema eléctrico. De esta forma, es posible incluir carac­terísticas no linea les en las resistencias e inductancias; introducir interruptores con tiempos de operación estadísticos, definidos por el usuario u operados por control de otras variables, o utilizar fuentes de tensión y corriente que generan las más variadas formas de onda. Adicionalmente, ATP-EMTP incorpora otro tipo de recursos que posibilitan llevar a cabo el estudio y análisis de los sistemas de con­trol y operación que gobiernan las instalaciones eléctricas modelizadas.

\

En cuanto a su capacidad, ATP-EMTP permite afrontar con garantías la reso­lución de sistemas con estructuras de hasta 6000 nudos, 10000 ramas, 900 fuen­tes, 1 200 interruptores, 90 máquinas síncronas y 2 250 elementos no lineales.

La primera versión del software ATP data del año 1984 y toma como punto de partida los códigos libres de EMTP, que hasta poco antes de dicha fecha venían siendo desarrollados en el dominio público por la Bonneville Power Administra­tion (BPA). De hecho, su aparición estuvo íntimamente ligada al inicio de la explotación comercial de dicho código por parte del DCG (EMTP Development Coordination Group) y del EPRI (Electric Power Research Institute). Este nuevo planteamiento fue rechazado por el Dr. W. Scott Meyer y por el Dr. Tsu-Huei Liu, quienes continuaron con la propuesta abierta originaria e iniciaron el desarrollo y divulgación no comercial de ATP. Desde entonces, este software se ha estado desarrollando continuamente a través de contribuciones internacionales y de forma totalmente independiente de la versión de EMTP comercializada por la cita­da DCG.

Actualmente, el conjunto de aplicaciones desarrolladas en torno a ATP-EMTP conforma un paquete distribuido bajo licencia y de forma gratuita entre los miembros de los diferentes grupos de usuarios de ATP-EMTP constituidos en todo el mundo. No se trata por tanto de un software libre, aunque cualquier entidad que no haya participado voluntariamente en la comercialización de EMTP puede solicitar la correspondiente licencia de uso y obtener una copia libre de todo cargo. Para ello, debe dirigirse al grupo de usuarios de ATP-EMTP que geográfica­mente le corresponda y aceptar los términos de dicha licencia. Las condiciones para obtener esta licencia pueden ser consultadas en el sitio web de ATP-EMTP [3]. Existen grupos de usuarios de ATP-EMTP repartidos por todo el mundo para su distribución, desarrollo y apoyo. El grupo más importante es el Canadian/Ameri­can EMTP User Group [41 ya que son los pioneros del desarrollo de ATP. En lo que a Europa se refiere, ex iste el EEUG (European EMTP-ATP Users Group) [S].

2 Descripción del entorno de trabajo El paquete software ATP-EMTP para el estudio de regímenes transitorios inte­

gra varias aplicaciones. Dentro de ellas se incluyen distintas versiones del compi­lador ATP y una serie de programas complementarios destinados a facilitar el uso de esta herramienta: editores de texto, un editor gráfico de circuitos eléctricos y aplicaciones específicas para la visualización gráfica de los resultados obtenidos.

La interacción entre los principales programas que integran el entorno de tra­bajo de ATP-EMTP se refleja en la Figura 6.1. Tal y como se puede apreciar en la misma, los programas que conforman ATP-EMTP pueden ser utilizados de diver­sas formas. Sin embargo, el modo más sencillo de manejar esta herramienta es uti­lizar el gestor del entorno (ATPCC), desde el que se accede al resto de programas, y seguir una secuencia de trabajo que, de modo sucinto, se puede resumir como sigue:

m · ElectroMagnetic Transients Program)

• Mediante el editor gráfico se crea el modelo gráfico del sistema cuyo com­portamiento se desea simular (fichero de extensión .adp o .cir).

• A partir del modelo gráfico, se obtiene el fichero fuente de extensión .atp que contiene el código del modelo en un formato adecuado para el compi­lador ATP. Este fichero también puede ser generado directamente, median­te un editor de textos.

• Se ejecuta el compilador ATP utilizando como entrada el fichero .atp gene­rado en el punto anterior. Al realizarse esta operación se obtienen Jos fiche­ros de extensión .lis y .pl4 donde se registran los resu ltados de la simulación efectuada.

• Finalmente se visualizan los resultados de la simulación. Para visualizar los datos registrados en el fichero de extensión .lis se utiliza un editor de textos, mientras que para monitorizar los resultados almacenados en el fichero de sali­da gráfica (.pl4) es necesario hacer uso de un visualizador gráfico apropiado.

A continuación se presenta una breve descripción de cada uno de estos pro­gramas.

.p14

'•,, .. .........

. ~~;·········· ...

.adp ó

.cir

· .. ·. y i

.p14 t .atp

Gestor del entorno ATPCC

.p14

Visualizadores gráficos PCPiot PlotXY

GTPPiot

2.1 Gestor del entorno: ATPCC

.atp ó .lis

Figura 6.1 Interacción entre los programas de ATP-EMTP

ATP Control Center (ATPCC) actúa como un interfaz que el usuario puede uti­lizar para trabajar fácilmente con el con junto de programas que integran el paquete ATP-EMTP. De este modo, desde ATPCC se puede acceder a ATPDraw, al editor de textos PFE32, a los programas de salida gráfica (PCPlot, PlotXY y GTPPlot) o ejecutar directamente el propio ATP.

Las características más relevantes de esta aplicación son:

• Puede trabajar simultáneamente con dos versiones diferentes de ATP. • Permite la integración y el enlace hasta con diez programas adicionales. • Puede ejecutar ficheros de ATP, ATPDraw, PCPlot haciendo simplemente

doble clic sobre el nombre del fichero. • Dispone de una ventana de eventos en donde se muestran los comandos pre­

viamente ejecutados. Esta ventana permite ejecutar de nuevo comandos ante­riores haciendo die con el ratón sobre aquél cuya ejecución se desea repetir.

• Permite definir proyectos de casos de simulación.

2.2 Editor gráfico: ATPDraw

Este programa permite crear ficheros de datos de forma gráfica, construyendo los modelos de los circuitos eléctricos a simular de un modo rápido y sencillo. Para ello, los componentes necesarios se seleccionan a partir de una librería donde se ha incorporado un amplio abanico de elementos estándar predefinidos. Sus parámetros característicos se definen mediante las correspondientes ventanas de diálogo y se interconexionan fácilmente mediante el ratón.

Para los elementos que no se encuentran en dicha librería, el usuario puede crear sus propios modelos usando las opciones Data Base Module y $INCLUDE. Además, se puede trabajar en varios circuitos simultáneamente, ya que permite copiar información de unos a otros (Figura 6.2).

Estos circuitos, construidos de forma gráfica, se guardan en ficheros con exten­sión .adp o .cir y se pueden convertir directamente a ficheros de texto con extensión

Figura 6.2 Creación gráfica de circuitos mediante

ATPDraw

o: ATPDoow .. [01 X

.atp. Desde ATPDraw también es posible activar otros programas. Por ejemplo, se puede dar la orden de compilar los ficheros .atp previamente creados o de represen­tar gráficamente los resultados obtenidos a través de las diversas aplicaciones gráficas de salida. En la Figura 6.1 se refleja, de forma resumida, la interacción de ATPDraw con el resto de programas que integran ATP-EMTP.

2.3 Compilador: ATP

Este programa constituye el núcleo fundamental de la aplicación y se trata del compilador que permite procesar los datos del circuito objeto de estudio. Este pro­grama maneja ficheros de tipo texto de extensión .dat o .atp que contienen la información del circuito. A partir de estos ficheros, todas las simulaciones que reproduce ATP generan archivos de datos, denominados ficheros de salida .lis y .pl4, donde se registran los resultados de dichas simulaciones. Las dos versiones de compiladores ATP más habituales son:

• Watcom ATP. Esta versión funciona solamente bajo entorno Windows. Admite nombres de ficheros de gran longitud, ficheros de datos de más de 150000 líneas (su uso es aconsejable para analizar casos con gran cantidad de datos) y puede ejecutar simultáneamente varios casos.

• GNU ATP. Esta variante ha sido desarrollada utilizando compiladores libres y existen tres versiones: GNU ATP/MingW32, GNU ATP/d jgpp y GNU ATP/Linux. De ellas, EEUG solamente distribuye la primera. Dicha versión funciona únicamente bajo entorno Windows y permite utilizar nombres largos para ficheros, proporciona un arranque rápido y requiere menos memoria. En general, el comportamiento de esta versión es muy similar a WatcomATP.

Ninguna de estas dos versiones de ATP permite utilizar nombres de ficheros y directorios con espacios en blanco. Por otra parte, todas ellas incluyen un subdi­rectorio denominado BNCHMARK, en el cual se dispone de un gran número de ejemplos (ficheros .dat). Para poder entender el contenido de estos ficheros y poder usarlos como base para futuros desarrollos, es necesario tener un adecuado conocimiento de su rígida estructura, comentada más adelante.

2.4 Visualizadores gráficos de resultados: PCPiot, PlotXV y GTPPLOT

Los resultados obtenidos con el programa ATP (en cualquiera de sus versiones) se almacenan en ficheros de salida con extensión .pl4. Estos ficheros se crean de modo automático y se designan con el mismo nombre del fichero .atp utilizado, pudiendo visualizar dichos resultados con programas de salida gráfica específica­mente desarrollados para tal fin. En el entorno ATP-EMTP se contemplan tres pro­gramas de este tipo, cuyas características más relevantes son las siguientes:

• El programa PCPlot para Windows (WPCPlot) permite representar un máximo de seis curvas en el mismo diagrama, obtener los valores numéricos instantáneoc;

ll

en las curvas dibujadas, representar las curvas en función del tiempo o hacer una representación X-Y, etc. (Figura 6.3).

Figura 6.3 Representación

gráfica mediante PCPiot

• El programa PlotXY para Windows permite representar hasta ocho curvas en la misma gráfica, representar en la misma hoja curvas de tres ficheros dife­rentes, representar las curvas en función del tiempo o hacer una represen­tación X-Y, hacer un escalado automático de ejes, acceqer al valor instantáneo de forma numérica, exportar datos, etc. (Figura 6.4).

Figura 6.4 Representación

gráfica mediante PlotXY

~~~~ji 10 . ~~~~~~~~~

v PPA 5 v : P1B v· PPC V' f l .A. v · TlB V TlC e : PU. -XOOOl..l. e . PPB - XOOOlB e PPC -XOOOl C

• El programa GTPPLOT se puede utilizar bajo los entornos Windows y Linux. Permite representar un amplio rango de ficheros gráficos detectando auto­máticamente el formato del fichero, representar simultáneamente hasta 20

ATP-EMTP (Aiternalive TransientS Program - ElectroMagnetic Transients Program)

curvas, utilizar diagramas de barras para representar análisis de armónicos, generar ficheros gráficos en diferentes formatos (HP-GL, CGM, WMF, MATLAB, Mathcad, etc.), realizar conversiones a formato COMTRADE, análi­sis de FOURIER, diagramas de BODE, etc. Finalmente, es importante indicar que GTPPLOT no se puede controlar con el ratón, por lo que hay que utilizar el teclado para todas las entradas. Como se puede observar, este programa es bastante más completo pero también más complejo de utilizar. (Figura 6.5).

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2.5 Editor de textos: PFE32

Figura 6.5 Representación gráfica mediante GTPPLOT

Es un editor de textos suministrado para trabajar con los ficheros de entrada y salida del programa ATP. Es decir, se puede utilizar para editar e imprimir los ficheros con formatos .atp o .lis. Los usuarios avanzados se pueden valer de este editor para crear y modificar los ficheros de datos o para hacer uso de las opcio­nes de ATP no contempladas en el preprocesador gráfico ATPDraw.

3 Compilador: ATP En el esquema de la Figura 6.6 se muestran los módulos de simulación dispo­

nibles en ATP, las subrutinas de apoyo y la interacción entre ellos. Con todos estos elementos se pueden crear modelos de menor o mayor complejidad, que repre­sentan los diferentes equipos y componentes en contrados en los sistemas eléctri­cos. La adecuación de estos modelos depende de las hipótesis asumidas por el usuario y del entendimiento acerca del comportamiento de dichos modelos, así como de las características del sistema y de los fenómenos simulados.

3.1 Componentes eléctricos básicos

Los elementos básicos con que cuenta el programa son: resistencias, induc­tancias, condensadores, interruptores y fuentes, que, con diversas variaciones, permiten el desarrollo de gran cantidad de modelos de sistemas eléctricos.

Estos componentes están agrupados en forma de ramas (BRANCHES), interrup­tores (SWITCHES) y fuentes (SOURCES), que integran los siguientes elementos:

Simulación de sistemas eléctrJ.cos ~~~ ~

Figura 6.6 Componentes de ATP

COMPONENTES ELÉGRICOS BÁSICOS

- Ramas lineales y no lineales - Interruptores - Fuentes

S 1 M U SUBRUTINAS DE APOYO L INTEGRADAS

A - UNE CONSTANTS C - CABLE CONSTANTS

REPRESENTACIÓN DEL 1 - CABLE PARAMETERS SISTEMA ELÉCTRICO Ó - SEMLYEN SETUP

Solución: N - JMARTI SETUP - En el dominio del tiempo - XFORMER

r -En el dominio de la frecuencia ~--'----t - BGRAN L----------~ -SMURA

- HYSDAT

MÓDULOS DE SIMULACIÓN INTEGRADA

TACS MODELS

Análisis de transitorios

en sistemas de control

Módulos programables de propósito

general

- ZNOFITIER - DATA BASE MODULE

• Ramas lineales (LINEAR BRANCHES), que pueden ser: - R, L, C concentrados (tipo O) - R-L acoplados mutuamente (tipo S 1, 52, 53 ... ) - Circuitos 7t-eguivalentes acoplados - Líneas de transporte de parámetros distribuidos - Transformadores

• Ramas no lineales (NONLINEAR BRANCHES), que pueden ser: - lnductancias no lineales (tipo 93) - Resistencias no lineales (tipo 92) - Resistencias va riables con el tiempo (tipo 97) - Resistencia pseudo-nolineal R(i) (tipo 99) - Inductancia pseudo-nolineal L(i) (tipo 98) - Inductancia pseudo-nolineal con histéresis L(i) (tipo 96) - Elementos controlados por TACS o MODELS (tipo 91, 94, etc.)

• Interruptores (SWITCHES), que pueden ser: - Controlados por tiempo o por tensión - Con tiempo de cierre aleatorio dentro de una distribución estadística - Con tiempos de cierre variables sistemáticamente entre valores predefi-

nidos - Diodos o tiristores controlados por TACS o MODELS (tipo 11)

- r--

- Triacs controlados por TACS o MODELS (tipo 12) - Interruptores simples controlados por TACS o MODELS (tipo 13)

• Fuentes (SOURCES), que incorporan elementos tales como:

- formas de ondas básicas (escalón, rampa, doble rampa, sinusoide, etc.) - Fuentes moduladas por TACS o MODELS - Fuentes de tensión o intensidad controladas por TACS o MODELS - Máquinas rotativas: máquina síncrona (tipos 58 y 59) y máquina univer-

sal (tipo 19). - Formas de onda a definir por eJ usuario

3.2 Subrutinas de apoyo integradas

A continuación se presentan las distintas subrutinas de que dispone el pro­grama ATP y que sirven de apoyo para el cálculo de parámetros de líneas y de transformadores, la modelización de pararrayos, etc. Al final del capítulo se inclu­yen ejemplos de utilización de alguna de ellas para mostrar su estructura y forma de empleo. Estas subrutinas son:

• LINE CONSTANTS. Es la subrutina de apoyo que se encarga del cálculo de los parámetros eléctricos de líneas aéreas a partir de las dimensiones de la torre, de las características del conductor y de la disposición del conductor sobre dicha torre.

• CABLE CONSTANTS 1 CABLE PARAMETERS. Son las subrutinas de apoyo que se encargan del cálculo de los parámetros eléctricos de cables. La prin­cipal función de CABLE CONSTANTS es calcular las matrices de resistencias, inductancias y capacidades que corresponden a distintas configuraciones del cable. La opción CABLE PARAMETERS permite, además~ trabajar con cables de características variadas.

• SEMLYEN SETUP. Esta subrutina de apoyo se utiliza para generar modelos de onda viajera de líneas aéreas convencionales o de sistemas de cables sub­terráneos y aéreos, válidos para estados transitorios.

• JMART/ SETUP. Esta subrutina genera el modelo de onda viajera, válido para líneas aéreas y cables subterráneos.

• XFORMER. La subrutina de apoyo XFORMER se emplea para calcular una representación matricial lineal [R]-[wL] de un transformador monofásico, tanto de dos como de tres devanados, utilizando los datos resultantes de los ensayos de vacío y de cortocircuito a la frecuencia nominal. Este modelo no considera las pérdidas de vacío aunque sí las pérdidas de cortocircuito. Por otra parte, tampoco considera las capacidades parásitas, ni es un modelo válido para frecuencias extremadamente bajas.

• BCTRAN. La subrutina de apoyo BCTRAN se utiliza para calcular una repre­sentación lineal [A]-[R] o [R]-[wL] (siendo [A] la inversa de [L]) de transfor­madores monofásicos o trifásicos; con núcleo de columnas o con núcleo de tipo acorazado; de dos, tres o más devanados, a partir de los resultados 9e los

ensayos de vacío y de cortocircuito, a la frecuencia nominal. Este modelo permite considerar tanto las pérdidas de vacío como las de cortocircuito. En esta representación se ignoran las capacidades parásitas, por lo que este modelo solo es válido hasta por encima de unos pocos kHz. Sin embargo, al contrario que el XFORMER, el modelo BCTRAN sí es válido a bajas fre­cuencias. Esto es debido a que las partes resistiva e inductiva de la impe­dancia de cortocircuito se tratan por separado. Finalmente, el comportamiento no lineal no está incluido en el modelo BCTRAN propiamente.

• SATURA. Esta subrutina de apoyo se utiliza para poder considerar la satu­ración en los transformadores. Internamente utiliza el modelo de bobina de reactancia pseudo no lineal, es decir, L(i). Para obtener los datos que requie­re la subrutina se necesitan los valores de las tensiones e intensidades mag­netizantes correspondientes a varios niveles de tensión, creando así una curva o característica (Vrms - lrms). A continuación, se recurre a la subruti­na de apoyo SATURA para crear la característica de valores de pico (flujo ­inte11sidad).

• HYSDAT. Esta subrutina representa la forma del ciclo de histéresis para un material dado del núcleo magnético de un transformador. Los resultados proporcionados por esta subrutina (flujo- intensidad) se utilizan como datos de entrada de una reactancia no lineal tipo 96, teniendo en cuenta que solo se puede seleccionar una curva del ciclo.

• ZNOFITTER. Esta subrutina se ha desarrollado para realizar la representa­ción del comportamiento no lineal de los pararrayos de óxido de zinc, a partir de la información suministrada por el fabricante. La característica no lineal del pararrayos se aproxima mediante un número arbitrario de seg­mentos exponenciales. Este modelo se puede utilizar para representar para­rrayos sin intersticios y pararrayos equipados con intersticios pasivos en serie o en paralelo.

• DATA BASE MODULE. Por medio de esta subrutina el usuario puede crear un módulo o una librería para un componente. Este módulo se almacena como un fichero ordinario y se puede utilizar cada vez que hay que incluir ese componente en un fichero ATP, por medio del comando $INCLUDE, seguido de una lista de argumentos que describen el componente local. Cuanto más se repiten algunos componentes en la red a simular, más efi­ciente es el uso modular de datos. El formato de entrada para esta subruti­na tiene dos secciones diferentes:

- Una declaración de argumentos con la lista de nombres de los paráme­tros. Los tipos de parámetros que se pueden especificar en dicha lista son nombres de nudos y valores numéricos.

- Una plantilla que representa la forma de introducir los datos de ese ele­mento según el formato de ATP.

En general, el formato de la sentencia $1NCLUDE es:

$INCLUDE , nombre de fichero , arg-1, ........ , arg-n

3.3 Módulos de simulación integrada

3.3.1 TACS

El módulo TACS (Transient Analysis of Control Systems) se puede usar para simular el control de convertidores HVDC, sistemas de excitación de máquinas síncronas, funciones de limitación de intensidad en pararrayos, cebado de arcos en interruptores y, en general, aquellos dispositivos o fenómenos que no se pue­den modelizar con los componentes eléctricos existentes en ATP.

La programación con TACS se emplea para resolver las ecuaciones diferenciales y algebraicas asociadas. Para ello, se utiliza una representación basada en diagramas de bloques, donde las distintas partes del sistema aparecen interconectadas y, bási­camente, se modelizan mediante los siguientes elementos:

• Bloques representados por su función de transferencia en s (variable de Laplace), que pueden ser de cualquier orden y que siguen la regla: SALIDA = GANANCIA *.E (ENTRADAS ) * G(s).

• Sumadores o bloques de orden cero, del tipo: SALIDA = GANANCIA * .E( ENTRADAS).

• Limitadores, estáticos o dinámicos, con los valores límites constantes o variables, aplicados sobre las funciones de transferencia y los bloques de orden cero.

• Señales de entrada, tales como impulsos, pulsos, señales escalón, señales sinusoidales, cualquier tensión de nudo, intensidades de los interruptores y sus estados medidos en la red eléctrica, etc.

• Variables suplementarias lógicas y algebraicas, utilizando los operadores estándares y todas las funciones de las librerías FORTRAN. .

• Dispositivos de aplicación especial, tales como medidores de frecuencia, triggers, retardos, digitalizadores, no linealidades definidas por el usuario punto a punto, interruptores a tiempos secuenciales, integradores controla­dos, derivadores simples, componentes de entrada condicional, selectores de señal, acumuladores y contadores, etcétera.

Adicionalmente, cualquier señal obtenida con el módulo TACS se puede utili­zar dentro de la red eléctrica simulada, incorporándola como una fuente de ten­sión o intensidad, o como una señal que controle la operación de un interruptor, válvula o diodo.

3.3.2 MODELS

MODELS 16J es un lenguaje de programación que se usa en ATP-EMTP para simular variables dependientes del tiempo con características especiales. Los ficheros MODELS se crean de forma independiente al programa principal y se pueden llamar desde cualquier programa cuantas veces se desee. Su estructura es muy similar a la de otros lenguajes de programación, como por ejemplo FOR­TRAN, con sentencias del tipo FOR, IF, WHILE, etcéter:>

En la descripción de los ficheros MODELS se definen los elementos que lo componen, su interacción entre ellos y con el programa principal, cómo se deben simular, etc. Por otra parte, su definición incluye declaraciones, directivas de simulación y procedimientos de operación .

En las declaraciones se debe especificar:

• CONST: nombre, tamaño del array y valor de las constantes del fichero M O DEL.

• DATA: nombre, tamaño del array y valor por defecto (opcional) de los pará­metros del fichero MODEL (constantes cuyo valor se asigna externamente).

• VAR: nombre y tamaño del array de las variables. • INPUT: nombre, tamaño del array y valor por defecto (opcional) de las

entradas del fichero MODEL. • OUTPUT: elementos del fichero MODEL que se usan como salidas del mismo. • FUNCTJON: descripción de las funciones usadas en el fichero MODEL. • MODEL: descripción de los submodels usados en el fichero MODEL.

En las directivas de simulación se especifica:

• TTMESTEP: valor por defecto (opcional) de los límites mínimo y máximo del intervalo de simulación.

• INTERPOLATION: grado de interpolación, por defecto, aplicado en las entradas del fichero MODEL, cuando este se usa con subintervalos del inter­valo de simulación externo.

• DELAY: tamaño por defecto de la memoria necesaria para el almacena­miento de valores asociados con el uso de la función delay().

• HISTORY: nombre de las variables para las cuales tiene que crearse una his­toria previa al comienzo de la simulación. Se puede usar, opcionalmente, para asignar funciones históricas por defecto a cualquiera de las entradas y variables del fichero MODEL.

Por último, en los procedimientos de operación se describe:

• EXEC: algoritmo de ejecución del fichero MODEL. • TNIT: algoritmo de iniciación del fichero MODEL.

Cada uso de un fichero MODEL se introduce con el comando USE, especifi­cando las entradas y salidas correspondientes a esa llamada. Los nombres de los elementos definidos en un fichero MODEL no son visibles desde el exterior y se pueden elegir sin tener en cuenta las posibles coincidencias con nombres usados fuera de este fichero MODEL.

3.4 Estructura general de un fichero .atp o .dat

En el desarrollo inicial del programa ATP se utilizaban tarjetas perforadas, por lo que hoy en día el fichero de datos de ATP mantiene un formato a base de bloques compuestos de tarjetas. Cada tarjeta comprende una fila y cada fila está

~ Transients Program)

dividida en columnas de diferentes anchuras, denominadas rangos. En cada rango hay que introducir un dato, numérico o alfanumérico, para que el compilador lo lea correctamente. Esta estructura es muy rígida y la introducción de un dato fuera del rango que le corresponde da lugar a un mensaje de error por parte del compilador.

La estructura general de un fichero .dat (o de un fichero .atp) es la siguiente:

BEGIN NEW DATA CASE

Miscellaneus Data cards ( 2 lineas)

/TACS (si existen) / MODELS (si existen)

( sistemas de control)

BLANK TACS ENDMODELS

C DATOS DE BRANCH

(R, L, e, z en general, transformadores, l ineas)

BLANK BRANCH

C DATOS DE SWITCH

(interruptores)

BLANK SWITCH

C DATOS DE SOURCE (fuentes de V 6 I)

(fuentes de V/I ideales : rampa, escalón, sinusoidal. máquina sin ­crona , motores)

BLANK SOURCE

C DATOS DE LAS VARIABLES DE SALIDA (OUTPUT)

(Variables de salida a representar y que se incluirán en el fichero PL4)

BLANK OUTPUT

BEGIN NEW DATA CASE

BLANK

Si una de las filas comienza con una letra «C» se trata de una fila de comen­tario y el compilador la ignora. Además, se debe reseñar que existe una serie de órdenes especiales, que se pueden escribir en cualquier parte del programa y que se diferencian porque van precedidas del símbolo «$».

El fi chero comienza con una primera línea denominada BEGIN NEW DATA CASE. A continuación vienen dos líneas de MISCELLANEUS. La primera de ellas contiene números no enteros, mientras que la segunda debe ser forzosamente de números enteros. En cuanto a su significado, definen una serie de parámetros con los cuales se va a realizar la simulación. Por ejemplo, se indica el paso de integra­ción , el tiempo máximo de la simulación, cada cuánto tiempo almacena puntos para su posterior representación, etc. Se trata, en definitiva, de especificar el valor de aquellos parámetros que en la creación de un fichero mediante el editor gráfi­co ATPDraw se definen en la opción ATP => Settings.

Después de los MISCELLANEUS se indican, si existen, los TACS (o MODELS). Solamente si ex isten , se inician con /TACS (o /MODELS) y se finalizan con la sen­tencia BLANK TACS (o ENDMODELS).

En cuanto a las demás partes del programa, son todas obligatorias aunque no existan. Así, por ejemplo, a continuación y por el orden en que se indican deben ir los siguientes datos:

• En primer lugar se definen las ramas, que acaban con la sentencia BLANK BRANCH. En ellas, se recogen las ramas del circuito que contienen bobinas, res istencias, capacidades, impedancias, transformadores y líneas.

• A continuación se indican los interruptores, que acaban con la sentencia BLANK SWITCH. Aquí se indican distintos tipos de interruptores, como aquellos controlados por tiempo, por tensión o los que sirven como ampe­rímetros (denominados MEASURING), etcétera.

• Seguidamente se especifican las fuentes, que acaban con la sentencia BLANK SOURCE. Aquí se indican las fuentes de tensión e intensidad idea­les, como la rampa, el escalón, la sinusoidal, etc. También se incluyen en este grupo las máquinas síncronas y los motores.

• U na vez definidos todos estos dispositivos, se indican las variables de salida que se desea obtener del programa. Es decir, las señales de salida que se desea representar gráficamente. Este grupo termina con la sentencia BLANK OUTPUT. Todas ellas aparecen luego en el fichero .pl4 que se genere con el compilador.

• Una vez introducido esto, el programa debe de terminar con un BEGIN NEW DATA CASE y con un BLANK. Finalmente, se debe indicar que una línea en blanco es considerada como si se pusiera la expresión BLANK.

En la Figura 6. 7 se muestra un ejemplo, donde se puede observar la estructu­ra de este tipo de ficheros.

------=- --

Figura 6.7 Estructura

de un fichero .dat

11 "'1f'ffliZ11t.l•0

BEGIN NEV DATA CASE POIIER FHEQUENCY 5O O SCLOSE UKIT• 4. SU.TUS•OEU:'TE SOPEN UNIT• 4 FILE•fUTA PU FORK•FORMATTED SIIIDTH 80

C KISCELUNEUS DAU CAROS e

O 0001 10 E-2 200 2

8US4 BU$6 O 01 S BUNK CARO ENOINC SIIITCH CAROS e C 90URCE ClRDS e

1 E-15 o

14 BUS! 220 50 ~O 14 BUS2 220 SO -30 14 BUS3 220 SO - 150 BUNK CARO ENDINC SOURCE CAROS

OUTP11T CAROS C1 -5 BUS! BUS3 8US2 BUS 4 BUNK CARO ENDI NG OUTPUT CAROS SCLOSE_ UKIT• 4 ST.4.TUS•KEEP BL\IfK Clt.RD DIDINC PlOT CARDS BEGUf NEU DATA C.lSE BUHK 1

-1 -1 -1

• EledroMipetic Transients Program)

También puede admitir la siguiente estructura:

BEGIN NEW DATA CASE

Miscellaneus Data cards ( 2 líneas)

/ TACS (si existen ) / MODELS (si existen)

( sistemas de control)

BLANK TACS

/ BRANCH

ENDMODELS

(R, L, e, z en general, transformadores, líneas)

/ SWITCH

(interruptores)

/ SOURCE

(fuentes de V 1 I ideales rampa, escalón, sinusoidal, máquina sín-crona, motores)

/ OUTPUT

(Variables de salida a representar y que se incluirán en el f~chero .PL4)

BLANK BRANCH

BLANK SWITCH

BLANK SOURCE

BLANK OUTPUT

BEGIN NEW DATA CASE

BLANK

De forma similar, la estructura típica para las subrutinas de apoyo es la siguiente:

BEGIN NEW DATA CASE

Palabra especial que define l a subrutina de apoyo

Datos específicos del equipo

$PUNCH

BLANK CARO

BEGIN NEW DATA CASE

BLANK

Ejemplos de palabras especiales son: XFORMER, BCTRAN, SATURA, HYSDAT, UNE CONSTANTS, CABLE CONSTANTS, DATA BASE MODULE, etcétera.

Además, hay una serie de órdenes especiales que han de ir al principio del programa, antes de las líneas de MISCELLANEUS, y que permiten la realización de cálculos especiales, como, por ejemplo: flujos de cargas, cálculo de armóni­cos, etc. A continuación se indica la función que desempeñan algunas de estas órdenes:

• FREQUENCY SCAN. Esta opción permite obtener distintas soluciones en régimen permanente cuando la frecuencia de la fuente sinusoidal se incre­menta automáticamente, en cada paso e- :..,tpo-ración, entre un valor inicial

y un valor final de frecuencia. Los resultados son valores en el dominio de la frecuencia de tensiones de nudo, intensidades de rama, etc. Al mostrar los resultados de forma gráfica, en el e je de abscisas se representa la frecuencia y los valores numéricos se proporcionan de forma fasorial (coordenadas polares o cartesianas). Aplicaciones típicas de este módulo son:

- Aná lisis e identificación de frecuencias resonantes, tanto de componen­tes individuales del sistema como de una red eléctrica.

- Cálculo de la respuesta en frecuencia de impedancias de secuencia positi­va, cero, etc.

- Aná lisis de la propagación de armónicos en sistemas eléctricos utilizando conjuntamente la opción HARMONIC FREQUENCY SCAN.

• HARMONJC FREQUENCY SCAN. La opción HFS realiza un análisis armó­nico determinando una cadena de resultados en magnitudes fasoriales, a través de fuentes sinusoidales definidas por el usuario, de distinta frecuen­cia y amplitud. Comparando esta opción con los análisis de distorsión armónica realizados en el dominio del tiempo, se obtiene la ventaja de reducir la duración del proceso de cálculo del orden de diez o más veces.

• FIX SOURCE. Esta opción permite calcular un flujo de cargas. Para ello se utiliza el fichero de datos en el que se describen los componentes del siste­ma eléctrico a simular, pero es n ecesario que no haya motores conectados. Por otra parte, la duración de la simulación (settings o miscellaneus data card) debe ser un número negativo, por ejemplo -1, para que la sim ulación termine una vez calculado el flujo de cargas.

3.5 Ficheros de inicialización

Adiciona lmente, existen unos fi cheros de iniciación donde se especifican cier­tos parámetros del software ATP: capacidad, formatos de salida, etc. En caso de que sea necesario cambiar el valor de alguno de dichos parámetros, estos ficheros se pueden editar y modificar mediante el editor de textos PFE32. Dichos fiche­ros son los siguientes:

• Graphics. Permite la definición de parámetros relativos a vectores gráficos para su presentación en pantalla, salidas en formato HP-GL y postcript.

• Listsize.dat. Permite especificar los valores límite para dimensionamiento dinámico de tablas.

• Startup. Permite inicializar diversas variables dependientes de la instala­ción, tales como valores numéricos, manejo de ficheros, ajuste de vectores gráficos, etcétera.

En el caso de sistemas eléctricos sencillos, es suficiente con los valores que los parámetros de estos ficheros tienen por defecto. Sin embargo, si se desea más información sobre estos ficheros, se puede acudir al Rule Book o manual de uso de ATP-EMTP [7J.

4 Gestor del entorno: ATPCC ATP Control Center (en lo sucesivo ATPCC) ha sido concebido como un inter­

faz de fácil manejo que ayude al usuario en la utilización del conjunto de progra­mas que conforman ATP-EMTP (ATP, ATPDraw, PCPlot, PFE32, etc.).

4.1 Pantalla principal

Al ejecutar ATPCC aparece la pantalla principal del programa que se muestra en la Figura 6.8. Esta pantalla está dividida en varias zonas diferentes: línea de menús, barra de acceso rápido a programas, zona de trabajo y ventana de últimos comandos ejecutados.

(unidad de disco)

Trabajo con proyectos

Árbol de carpetas

Listado de ficheros correspondientes al filtro de extensiones

seleccionado

Ventana de últimos comandos

Programas principales

foouo- llw<.......... "'-' ~ ~fl DIBI~Ir:AI l_ 1~ 1m1

Filtro de extensiones

~

jliiil' u :J l•rPNo1t·..,u·dallf'looH· .. hl 3

Control de parámetros

deATP

EEUG~

1;;:,. 3 ATP-dol•llt ~ .,.,._

1 "' """

1) r:::Pieo-,.-cl,....oo-.,..-,,..,..,..,,....•-ond...,.cl.,..oo-:~,.-------i---_:•

L!!!;J~~ e C\ ""'"""o""'ee""'N~»,..,,.,....• - ----BE""' ~" lli!!!m••••• D DBENG<olo ,. _.....

,~_w ... .-, , ... bittth

PRUT~B1"" D I'RU1DB1k

I'RUTOB1 od> s..tdbon ... ... -..

--- MtlliMoch Vlll_IORAlP

""-'"" ........ PCh )w .. eonoATP 3

E--(Dnl!lll 1

Laollt-ON

4.1.1 Línea de menús

Figura 6.8 Pantalla principal del programa ATPCC

En esta línea de menús se encuentran los siguientes submenús:

• Programs. A través de este submenú es posible acceder a la ejecución ·de los programas principales (ATPDraw, PCPlot, Editor), editar un bloc de notas (Mem o) o salir del programa (Exit). El bloc de notas no es más que un pequeño editor de texto que permite al usuario escribir los apuntes que con­sidere oportunos. La llamada a estos programas se puede realizar también a

1 .... ¡

través de sus iconos correspondientes de la barra de acceso rápido o utili­zando el teclado.

• Users Programs. Por medio de este submenú se pueden ejecutar los dife­rentes programas adicionales incorporados por el usuario. Del mismo modo que en el caso anterior, se accede a estos programas también desde la barra de acceso rápido.

• Project. Opción que permite añadir, editar y borrar los proyectos de traba­jo definidos. El -trabajo con proyectos se describe en un apartado posterior del presente capítulo.

• Options. Submenú que se utiliza para llevar a cabo la configuración perso­nalizada de ATPCC. Con esta opción se pueden definir la localización y algunos parámetros de los programas principales, así como los programas adicionales que se quiere incorporar al funcionamiento de ATPCC. En el apartado destinado a la configuración de ATPCC se incluye una descripción detallada de las distintas opciones englobadas dentro de este submenú.

• Help. Muestra las condiciones de la licencia de uso de ATPCC, la versión del programa y proporciona una ayuda cuyo contenido y formato es similar al de otros programas del entorno Windows. Para ello es necesario que se dis­ponga de los ficheros ATPCC.hlp y ATPCC.cnt.

4.1.2 Barra de acceso rápido

En ella aparecen los iconos correspondientes a los diferentes programas que se pueden llamar y ejecutar desde la pantalla principal de ATPCC.

Por defecto, ATPCC solamente presenta los iconos de los programas principa­les (PCPlot, ATPDraw y Editor) y del bloc de notas. En caso de que el usuario haya definido algún programa adicional, su icono correspondiente se- añade a esta barra y el programa se puede ejecutar haciendo clic sobre el mismo. Si el programa adi­cional incorporado no dispone de icono concreto, el usuario puede adjudicarle uno de entre los iconos predefinidos.

4.1.3 Zona de trabajo

En la parte superior de la zona de trabajo se encuentran dos menús desplega­bles en los que se debe seleccionar la unidad de disco en la que se va a trabajar y el tipo de ficheros que se quiere utilizar en cada momento, definido por su exten· sión.

En la parte central (trabajo con proyectos) se ubican un menú desplegable y tres botones destinados a facilitar el empleo de los ficheros pertenecientes a dis­tintos trabajos y que se utilizan al manejar proyectos .

A la derecha de la zona de proyectos se dispone de un espacio (ATP input data file) donde se puede definir el fichero que se quiere utilizar como entrada del programa ATP. Este fichero se especifica escribiendo directamente su nombre, extensión y ubicación mediante su path o, más sencillamente, valiéndose del

ratón, arrastrándolo desde la ventana inferior y soltándolo dentro del espacio habilitado al efecto.

En la parte inferior, izquierda y central, aparecen dos ventanas en las que se reflejan el árbol de carpetas o directorios correspondiente a la unidad de disco seleccionada (ventana izquierda) y los ficheros con la extensión seleccionada que se encuentran en la carpeta abierta (ventana central).

Por último, en la parte inferior derecha de la zona de trabajo (control de pará­metros de ATP) se pueden encontrar una serie de opciones y mandos cuyo signi­ficado y utilización se especifican en el apartado correspondiente al uso y ejecución de ATP.

4.1.4 Ventana de últimos comandos utilizados

En la parte inferior de la pantalla se incluye una ventana donde se registran los últimos comandos ejecutados, con indicación de la fecha y hora de su utiliza­ción. El número de eventos que se almacenan en esta ventana se puede definir en la ventana de diálogo que aparece al acceder al menú Options => Settings.

Cualquier comando registrado en esta ventana puede volver a ejecutarse haciendo simplemente doble clic sobre la línea que lo recuerda.

El tamaño de esta ventana se puede modificar (ver apartado 4.2.3), e incluso se puede hacer desaparecer utilizando el botón Event Window (On/Off) de la zona de trabajo. En este caso basta volver a pulsar dicho botón para que la venta­na de eventos reaparezca.

4.2 Configuración de ATPCC

Cuando se ejecuta por primera vez el programa ATPCC, se debe configurar de acuerdo a las necesidades particulares de cada usuario y a la ubicación que haya dado en su ordenador personal a los distintos programas. De este modo, se deben definir una serie de parámetros generales y otros relativos a los programas princi­pales y a los adicionales.

Esta configuración se realiza a través de las distintas opciones que aparecen bajo el submenú Options de la línea de menús.

4.2.1 Configuración de los programas principales

Para proceder a la configuración de los programas principales (ATP, ATPDraw, PCPlot y el Editor) se accede, a través de la línea de menús, a la opción Main Pro­grams Settings del submenú Options.

Al seleccionar esta opción, se presenta una ventana de diálogo compuesta por dos pestañas. La primera de ellas (Figura 6.9) hace referencia a las dos versiones del programa ATP que posteriormente se podrán ejecutar desde ATPCC. En ella hay que definir, para cada una de las versiones, lo - ~-. oóantpc; datos: -------...

• Nombre del programa. • Identificación del programa. Dado por la ubicación de su ejecutable dentro

del PC. El botón que hay a la derecha de este espacio permite buscar el fichero dentro del disco.

• Extensión de los ficheros que puede ejecutar dicho programa.

La segunda versión de ATP incluye la posibilidad de sustituir el parámetro «*» por « S» , lo cual es necesario cuando se utiliza la versión GNU/Mingw32.

Figura 6.9 Ventana de diálogo

para configuración de programas

principales: ATP

ATP 1 ATPDraw 1 PCPiot /Editor j

Menuname jwatcomATP

ATP Program1 jC:\EEUG\WatATPOO\Runtpw bat

Füe Extension j •.atp;".dat;".out

Menu name jGNU Mingw32 A TP P' "' replaced by Js ATP Program2jC:\EEUG\GNUATPOO\Runtpg bat

Frie Extension j •. atp;• dat

r--Def aul setting "' Saveon= ""' Ol.tput Parameters

loboth P" .. IYour output f~e name

r ook P'-R

}J .

}j

·¡

Además, también hay que especificar las opciones con las que se ejecutarán, por defecto, las dos versiones de ATP incorporadas:

• Save on: salvar los resultados obtenidos en un fichero de extensión .lis (disk) o presentarlos también en la pantalla (both).

• Output Parameters: - «*»: se marca esta casilla cuando se desea que el nombre del fichero de

salida coincida con el nombre del fichero .atp utilizado como entrada. En caso contrario se especifica el nombre del fichero de salida (incluyendo su extensión .lis o .out).

- «-R»: se selecciona esta opción si se quiere que, cuando ya exista un fiche­ro .lis correspondiente al fichero .atp utilizado como entrada, el resulta­do de una nueva simulación se sobreescriba en ese mismo fichero.

• ~ Tran5ients Program)

Una vez definidos todos los parámetros relativos a los programas ATP, y antes de cerrar la ventana de diálogo, se debe validar la configuración pinchando en el botón Apply situado en la parte inferior de la ventana.

En la pestaña correspondiente al resto de los programas principales (Figura 6.10) se actúa de un modo similar, concretando la identificación de cada progra­ma, la extensión de los ficheros ejecutables con cada uno y, en el caso del editor, el nombre asignado al mismo. Para validar la configuración elegida, se pulsa el botón Apply antes de cerrar la ventana.

: ~ Marn Programs Settings 1!1~ E'i

ATPDraw-----.,..-----,----~-.,.,-----===="'"1

Program name jc. \Eeug\A TP Draw\Atpdraw.eKe

Fae EldenSKJn J• crr: adp

~~---------~~-=~~~~~------~

Program name JC\EEUG\\1/PCPLO T\\1/PCpl~.eKe

File E xtension j• pl4

Edttor

Menu name JEditor

.JJ

e.-1 B

Program nameJ ,..,C,.,.\-::-:EE:-U-::-G-:\P-:FE"""3.,..2\-=PI:-e3""'2-.ex_e _________ ~

File Extension J• txL' hs

JLgose ? .t!elp

4.2.2 Configuración de programas adicionales

Figura 6.10 Ventana de diálogo para la configuración del resto de los programas principales

En ATPCC se contempla la posibilidad de realizar llamadas a otros programas desde la propia pantalla principal, seleccionando el icono correspondiente en la barra de acceso rápido.

Para añadir, modificar o eliminar programas adicionales se selecciona, en la línea de menús, la opción Options ::::} Additional Programs. Al hacerlo, se pre­senta una ventana de diálogo compuesta por tres pestañas.

La pestaña New Add (Figura 6.11) se usa para incorporar nuevos programas, y en ella se definen el nombre del programa, la ubicación de su ejecutable, el directorio de trabajo y la extensión de los ficheros que se utilizan como entrada

Simulación dersistemas elédr}cos

Additional Programs EJ

New Add l Eát 1 Prog Delete 1

Program title jPiotXY

Program name JC:\Eeug\PiotXY\PiotXY.exe

Workino directory lc:\Eeug\Ejemplos

Fre extension(sJJ".pl4 Formal: •.extl ;•.ext2;•.extN

Figura 6.11 Incorporación de programas

adicionales

r L~i'eii.\~~-~~9.~C~i~ r DefdPLOT

?lfelp 1

11

al mismo. Cuando el programa adicional añadido no dispone de un icono propio, se le puede asignar uno seleccionándolo de entre los predefinidos en el cuadro de imágenes que aparece al pulsar el botón Another Icon y validando dicha selec­ción mediante el botón Set del mismo.

Se dispone además de dos opciones adicionales:

• Cut extension ofinput file: elimina la extensión de los ficheros de entrada, antes de ejecutarlos con el programa adicional.

• Default PLOT: se utiliza cuando se pretende que el programa adicional aña­dido (por ejemplo: GTPPLOT o PlotXY) actúe como programa gráfico por defecto. En este caso, la extensión de los ficheros de entrada debe estar defi­nida como .pl4.

Una vez definidos todos los parámetros relativos al nuevo programa, median­te el botón Add new, se validan los datos y este se incorpora al conjunto de pro­gramas adicionales.

En la pestaña Edit se ofrece la posibilidad de editar y modificar los programas ad icionales incorporados. Para ello hay que seleccionar el programa a editar en la ventana que aparece al pulsar Edit existing program, modificar aquellos aspec­tos que se desee y salvar los cambios (Save changes) antes de cerrar la ventana.

Por último, la pestaña Delete se utiliza para eliminar aquellos programas adi­cionales que no se quieran gestionar desde ATPCC.

- EledrgMagnetic Tranlíénts Program)

4.2.3 Configuración de parámetros generales

Accediendo al submenú Options :::=} Settings, aparece una ventana de diálo­go (Figura 6.12) donde se puede establecer una serie de parámetros de carácter general:

- ATP Control Center Working Directory

1 JC:\EEUG\A TPCC'A TPCCLog\

1

r save last window position -

: r Save

1 1 1

X Cancel J

ru . - Logfile

P' Write to file

S ave last po- events

? .!::ielp

Figura 6.12

Configuración de parámetros generales

• ATP Control Center Working Directory. Permite definir el directorio de tra­bajo del programa ATPCC. En él se guardan los archivos creados por el pro­grama, tales como el fichero Memo correspondiente al bloc de notas o el fichero atpcc.log donde se graban los últimos n comandos ejecutados.

• Log file. Permite definir el número de eventos a recordar en la ventana de últimos comandos utilizados. Asimismo, existe la posibilidad de salvar estos comandos en un fichero (atpcc.log) para su posterior utilización.

• Save last window position. Permite guardar la posición y el tamaño de la ventana del programa para la próxima ocasión en que se utilice.

4.3 Definición y uso de proyectos

Con el fin de facilitar la selección de los ficheros a utilizar, ATPCC contempla la posibilidad de definir proyectos de trabajo. De este modo, una vez estos están establecidos, basta seleccionar el proyecto en el que se quiere trabajar para que el programa presente directamente los directorios donde se localizan los ficheros pertenecientes a dicho proyecto.

Asimismo, se puede especificar el tipo de ficheros que se muestran al usuario en la ventana de ficheros, cuando se selecciona cada uno de los programas prin­cipales.

4.3.1 Definición de proyectos

Para añadir un nuevo proyecto, editar el proyecto actual o borrar uno ya exis­tente, se accede a través de la opción Project, de la línea de menús, y se elige el submenú oportuno (Add new project, Edit current project o Delete project, res­pectivamente).

•

A la hora de borrar un proyecto se selecciona dentro de una ventana que se presenta con todos los proyectos definidos. Sin embargo, cuando se trata de edi­tar y modificar un proyecto ya existente, el procedimiento es distinto. En este caso, el proyecto que se edita es el actual, razón por la cual antes de elegir esta opción hay que seleccionar el proyecto a modificar en el menú desplegable de la zona de trabajo.

La ventana de diálogo que se presenta para añadir un nuevo proyecto es igual, en cuanto a su contenido, a la que se emplea para editar el proyecto actual (Figu­ra 6.13). En esta ventana de diálogo se deben definir los siguientes datos:

• Nombre del proyecto. • Directorio de trabajo para cada programa principal. Es decir, nombre de la

carpeta donde cada programa archiva todos los ficheros relativos a ese pro­yecto.

• Extensión de Jos ficheros que se pueden ejecutar. En este caso, únicamente cabe optar entre las alternativas previamente definidas en el editor de filtros (Project ~ Filter Editor).

Figura 6.13 Definición

de proyectos

Pootect fnhy Form EJ r Protect ........ ...--------- ------

1 1 EiefT1¡1os

IC·\Eeug\Etemplos

IATP tes(" atpLf " dat};(".is);('.pch] 3

ATPDraw

1 C: \E eug\E jemplos

IATPDRAW fies ('.a};('.$Uil] 3

PCPiot jc:\Eeug\Ejemplos

1 PCPiol fies ('.pl4]

1 ~ OK í;)

Como, en general, todos los ficheros referentes a un proyecto se archivan en una misma carpeta, al modificar el directorio de trabajo del primero de los pro­gramas principales (ATP) se reasignan automáticamente los directorios del resto. No obstante, en caso de que se desee trabajar con distintas carpetas, se pueden

-~li

modificar individualmente los directorios correspondientes a los programas ATP­Draw y PCPlot.

Si con alguno de los programas principales se desea utilizar un tipo de fiche­ro cuya extensión sea distinta a las predefinidas para dicho programa, previa­mente a la definición de un proyecto, es necesario acceder al editor de filtros (Figura 6.14) a través del submenú Project ==> Filter Editor. Por medio de dicho editor se pueden añadir, modificar o borrar los filtros aplicados a los ficheros per­tenecientes al proyecto en cuestión.

Filler N ame l Filler 1·1 t.<.I.F.'. fi_I~.S. t,¿¡.tpJ.t-.9~nKJis );t-.P.~~L. ..... .J •. atp;• dat;'.lis;'.pch ATP input files ('.atp).(' dat] •. atp;• dat

ATP output files ('.bs].('.pch] ' .lis;• pch

ATPDRAW hles (" cirU" sup] • e~;· sup;".adp

PCPiot hles (" pl4] •. pl4

All files(' •]

./ OK ~ )( Cancel j _:=...::?'"-ti_elp__, ~~~~-~~___,

4.3.2 Manejo de proyectos

Figura 6.14 Editor de filtros

Una vez que un proyecto se ha definido correctamente, se puede trabajar con él seleccionándolo sin más en el menú desplegable dispuesto en la zona de traba­jo. Automáticamente, en la ventana donde se muestra el árbol de directorios, se abre la carpeta de trabajo correspondiente al proyecto escogido.

Debajo del menú desplegable anterior se encuentran tres botones, uno para cada programa principal (ATP, ATPDraw y PCPLot). Utilizando estos botones se abren las carpetas previamente definidas en el proyecto actual para cada uno de los programas, y en la ventana de ficheros se muestran únicamente aquellos que sean conformes al filtro establecido.

4.4 Uso y ejecución de programas

4.4.1 ATP

Antes de ejecutar el compilador ATP es necesario configurar una serie de pará­metros, los cuales se incorporan a la línea de comandos del fichero que sirve de entrada al programa. En ellos se incluye información relativa a las características de la ejecución a realizar. El valor actual de estos parámetros se puede visualizar y modificar en la parte derecha de la zona de trabajo. Ahora bien, cada vez que se arranca el gestor ATPCC se vuelven a cargar sus valores por defecto, los cuales han sido predefinidos durante su configuración.

Por otro lado, el programa permite utilizar indistintamente las dos versiones de ATP que se han configurado como programas principales de ATPCC. Para ele­gir la versión con la que se quiere traba jar en cada momento, se dispone de un menú desplegable (ATP Programs) donde se debe seleccionar la versión deseada. Por defecto, el programa presenta como prioritaria la versión definida en primer lugar durante la configuración del mismo.

En cuanto a la forma .de utiliza r ATP, existen diferentes maneras de proceder a su ejecución. En todas ellas es necesario concretar, en primer lugar, el fichero .atp que servirá de entrada al programa. Así, el compilador ATP se puede ejecutar:

• Pulsando Execute ATP. Se ejecuta la versión de ATP seleccionada utilizan­do como fichero de entrada aquel que esté definido en el campo ATP input data file.

• Haciendo doble clic directamente sobre el fi chero de extensión .atp que se desee utilizar como entrada al programa.

• Pulsando el botón derecho del ratón. Una vez seleccionado el fichero de extensión .atp que servirá como entrada, se pulsa el botón derecho del ratón dentro del área de la ventana de fi cheros. A continuación aparece un menú donde se debe escoger la opción correspondiente al programa ATP.

• Si lo que se quiere es repetir la ejecución del programa con los mismos pará­metros de entrada utilizados con anterioridad, basta con hacer doble clic sobre la línea correspondiente al comando en cuestión, dentro de la venta­na de últimos comandos ejecutados.

4.4.2 Resto de programas

Para ejecutar el resto de los programas principales o cualquiera de los adicio­na les existen también diferentes procedimientos. La mayoría son comunes a todos ellos, razón por la que en este apartado se describen conjuntamente, espe­ci fi cando para cada caso su aplicabilidad.

• Utilizando la línea de menús se puede acceder a los programas principales a través del submenú Programs y a los adicionales por medio de la opción User Programs. En ambos casos se ejecutan los programas sin abrir ningún fichero.

• Con la barra de acceso rápido se accede a ambos tipos de programas selec­cionando su icono correspondiente. No se especifica fichero de entrada alguno.

• Haciendo doble clic directamente sobre un fichero dentro de la ventana de ficheros se ejecuta automáticamente el programa principal que se corres­ponda con la extensión del fichero escogido. El programa se inicia con dicho fichero abierto.

• Pulsando el botón derecho del ratón aparece un menú donde se debe esco­ger el programa principal o adicional a utilizar. Si antes de realizar la opera­ción se ha seleccionado un fichero cuya extensión es compatible con el programa a ejecutar, el fichero se abre automáticamente al iniciarse aquel.

Esto resulta especialmente útil cuando es posible aplicar diferentes progra­mas a un mismo fichero. Por ejemplo, si se desea editar un fichero .atp no se puede hacer doble clic sobre el mismo, dado que así se ejecuta la versión de ATP activa usando ese fichero como entrada.

• Por medio de la ventana de últimos comandos.

5 Editor gráfico: ATPDraw La compleja estructura de los ficheros de datos manejados por el programa

ATP supone que su creación y edición, mediante editores de texto, queden reser­vadas para usuarios experimentados. Por ello, ATP-EMTP incluye una aplicación gráfica de ayuda, denominada ATPDraw [8], capaz de crear y editar sistemas eléc­tricos para poder simularlos de forma interactiva. Desde el propio ATPDraw se puede crear el código texto del circuito en formato .atp de forma que pueda ser interpretado por el compilador.

Las características más relevantes de este programa son las que se indican a continuación:

• Permite representar esquemas monofásicos y trifásicos. • Permite nombrar las diferentes posiciones de los extremos de las líneas y de

las barras del sistema. De este modo el usuario puede reconocer rápida­mente los nudos del sistema que le interesan.

• Los diferentes componentes se seleccionan por medio de menús desplegables. • Facilita la creación de módulos o elementos nuevos. Esta opción permite la

creación de componentes no incorporados en el programa y de módulos que surgen debido al uso de elementos agrupados.

• Permite trabajar en más de un circuito al mismo tiempo, gracias a la estruc­tura de ventanas tipo Windows. Así, es posible copiar elementos o partes del sistema de uno a otro circuito, exportar a un fichero los elementos selec­cionados o importar los componentes guardados en otro fichero.

Dentro de la carpeta ATPDraw existen varios subdirectorios cuyos nombres están relacionados con la extensión que se les aplica a los ficheros que se utilizan bajo el entorno ATPDraw. Así:

• En el subdirectorio Atp se guardan los ficheros con extensión .atp. Es decir, aquellos donde el circuito eléctrico se ha traducido en modo texto con el formato adecuado para que lo pueda interpretar el compilador.

• En Bct se guardan los ficheros .bct que contienen los datos de entrada requeridos por la subrutina BCTRAN para obtener el modelo eléctrico del transformador.

• En Grp se incluyen los ficheros que contienen los datos de los grupos crea­dos por el usuario.

-

Simulación de sistemas eléctricos

• En Lec se encuentran los ficheros con extensión .ale que contienen datos de las líneas y cables. Estos ficheros se usan para crear el modelo eléctrico de los mismos.

• En Project se guardan los ficheros de circuitos eléctricos creados de forma gráfica, a los cuales se les asigna la extensión .adp (también admite la extensión .cir, utilizada en versiones anteriores). Dentro de esta carpeta se incluye una decena de ejemplos con diferentes tipos de circuitos, cuya consulta puede resultar muy interesante para los usuarios no experimen­tados.

• Finalmente, en los subdirectorios Mod y Usp se guardan nuevos dispositivos desarrollados por el usuario, ya sea utilizando la opción MODELS o la opción Data Base Module, respectivamente.

Por defecto, los ficheros creados por ATPDraw se guardan en los directorios antes citados. No obstante, el usuario puede definir nuevos directorios, por defec­to en la pestaña Directories de la ventana de diálogo que aparece al seleccionar la opción Tools ~ Options.

5.1 Entorno de trabajo

La pantalla principal de este programa ofrece el aspecto habitual de las apli­caciones desarrolladas en entorno Windows (Figura 6.15) y se divide en tres zonas claramente diferenciadas: línea de menús, barra rápida de herramientas y área de trabajo.

Figura 6.15 Pantalla principal

de ATPDraw con el fichero Noname.adp

abierto

Linea de menús

MOOE EOIT

Espacio reservado para añadir los iconos correspondientes a los últimos componentes utilizados

El menú principal del programa aparece en la parte superior izquierda, en horizontal. Las opciones que este menú ofrece son:

• File. Este submenú, permite: crear un nuevo fichero; abrir uno creado ante­riormente; guardar el fichero actual; guardar el fichero actual con otro nom­bre; cerrar el fichero actual; cerrar todos los ficheros; importar elementos de otros programas que puedan ser compatibles con este; salvar los dibujos de los elementos del programa, y cerrar el programa.

• Edit. Este menú contiene las opciones relacionadas con la edición de obje­tos del circuito. Al igual que el anterior, cuenta con las opciones típicas de un programa de uso bajo Windows: deshacer, rehacer, copiar, cortar, dupli­car, guardar como mapa de bits, borrar, seleccionar elementos, seleccionar todo, deseleccionar, mover las etiquetas de los elementos, rotar elementos, crear y editar grupos y añadir comentarios.

• View. Con este menú se controla la visualización de las ventanas y compo­nentes del circuito. Dentro de este submenú se pueden encontrar opciones tales como: barras de herramientas, línea de comentarios, opción de zoom, posibilidad de actualizar los cambios y opciones para personalizar el pro­grama.

• ATP. Este menú permite generar nombres para los diferentes nudos del cir­cuito (Make Names), generar o editar los ficheros ATP (Make File As o Edit ATP-file, respectivamente) y especificar los ajustes deseados para el fichero de simulación del sistema (Settings). Además, contiene una opción (run ATP) para compilar directamente el fichero con el que se está traba­jando.

• Objects. Este menú permite editar y modificar componentes ya existen­tes o crear nuevos componentes, para su uso en cualquier sistema. Los objetos a los que se accede por medio de este menú se dividen en 3 cate­gorías: componentes estándar, componentes especificados por el usuario y MODELS.

• Tools. El menú de herramientas permite editar iconos de componentes o editar textos de ayuda y guardar diferentes opciones del programa, de modo que se establezcan como predeterminadas.

• Window. Desde este menú, el usuario puede activar la ventana correspon­diente al circuito que necesite en cada momento.

• He/p. Este menú permite al usuario abrir el fichero de ayuda que lleva con­sigo el programa ATPDraw.

En cuanto a la barra de herramientas, en ella se incluyen botones que permi­ten acceder directamente a algunas de las acciones más frecuentes: crear, abrir o sa lvar ficheros; deshacer o rehacer; cortar, copiar o pegar; opciones de zoom; actualizar; seleccionar todo o un grupo de elementos, y rotar.

Adicionalmente, en la parte derecha de esta barra, se van añadiendo los ico­nos correspondientes a los últimos elementos utilizados. De modo que basta pin­char en dichos iconos para insertar nuevos elementos de esos mismos tipos.

Simulación de sistemas eléctricos

5.2 Componentes estándar

A continuación se incluye un listado con un resumen de los componentes eléctricos estándar incorporados en la librería de ATPDraw. Todos estos compo­nentes se pueden seleccionar para su uso, directamente desde el menú desplega­ble que aparece cuando se pincha con el botón derecho del ratón sobre la zona de trabajo de la pantalla (Figura 6.16).

Figura 6.16 Selección

de componentes eléctricos

,i!j ATPDraw · (Nona me adp) l!ll!J Ef

MODE: EDIT

T¡omiCfm<,..

I!IODELS IACS

l.l•et Specíred frequency~

St..-.lerdC~

~ 1

LCC AeadPCH f ..

·1 1 phase

l.(nlr..,.¡¡. lroeo (KCI..oe) • 2 phase

6 phase 6 phase .........,

9phate

• Elementos de carácter general (Probes & 3-phase)

- Probe Volt: voltímetro. Mide la tensión de un nudo respecto de tierra. - Probe Branch volt.: voltímetro. Mide la tensión entre do·s nudos del sis-

tema. - Probe Curr: amperímetro. Mide la corriente que circula a través de una

rama del circuito. - Probe Tacs: voltímetro/amperímetro usado en sistemas de control dise­

ñados con TACS. - Splitter: transformación de un nudo trifásico a tres nudos monofásicos. - Transposiciones de fases en sistemas trifásicos.

• Ramas Lineales (Branch Linear)

- Resistor: resistencia ideal. - Capacitor: capacidad. - Inductor: inductancia. - RLC: rama/carga monofásica con R, L y e en serie. - RLC 3-ph: rama trifásica (con R, L y e en serie). - RLC-Y 3-ph: carga trifásica conectada en estrella. - RLC-D 3-ph: carga trifásica conectada en triángulo. - C: U(O): condensador con carga inicial. - L: 1(0): autoinducción con carga inicial.

• Rmnas no lineales (Branch Nonlinear) - R(i) Type 99: resi.stencia variable con la intensidad. - R(t) Type 97: resistencia variable con el tiempo. - MOV Type 92: resistencia dependiente de la intensidad, de forma expo-

nencial. - MOV Type 3-ph: resistencia trifásica dependiente de la intensidad. - R(TACS) Type 91: resistencia controlada por TACS/MODELS. - Autoinducciones de valor variable con la intensidad, con o sin histéresis,

con o sin carga inicial. • Líneas y cables (Lines/Cables)

- De parámetros concentrados (Lumped) RLC Pi-equiv. 1: equivalente PI- RLC (monofásico, bifásico o trifásico) . RL Coupled 51: modelos de líneas RL con acoplamiento (para 2, 3 o 2x3 fases). RL Sym. 51: modelos de líneas RL simétricas con acoplamiento (para 3 o 2x3 fases).

- De parámetros distribuidos (Distributed): • Modelos Clarke para líneas transpuestas. • Modelos KCLee para líneas no transpuestas.

- LCC: llamada a las subrutinas de apoyo UNE CONTANTS, CABLE CONS­TANTS y CABLE PARAMETERS.

- Read PCH file: captura de modelos de líneas y cables grabados en fiche­ros .pch, que han sido previamente generados por las subrutinas de apoyo UNE CONSTANTS 1 CABLE CONSTANTS.

• Interruptores (Switches) - Switch time controlled: interruptor monofásico, controlado por tiempo. - Switch time 3-ph: interruptor trifásico, controlado por · tiempo. Con

posibilidad de operación independiente en cada fase. - Switch voltage contr.: interruptor monofásico, controlado por tensión. - Diode (type-11): diodo. Interruptor tipo 11, no controlado. - Valve (type-11): tiristor. Interru¡3tor tipo 11, controlado por TACS/MODELS. - Triac (type-12): triac. Interruptor tipo 12, doblemente controlado por

TACS/MODELS. - TACS switch (type-13): interruptor tipo 13 controlado por TACS/MODELS. - Measuring: interruptor para medida de intensidades. - Statistic switch: interruptor para análisis estadístico. - Systematic switch: interruptor para análisis sistemático.

• Fuentes (Sources) - OC type 11: fuente de corriente continua, función escalón. Tensión o

intensidad. - Ramp type 12: función rampa entre cero y un valor constante. Tensión

o intensidad. - Slope-Ramp type 13: función rampa con dos pendientes. Tensión o

intensidad.

- AC type 14: fuente de corriente alterna monofásica. Tensión e intensidad. - Surge type 15: función tipo rayo (doble exponencial). - Heidler type 15: función tipo rayo (Heidler). - Standler type 15: función onda tipo Standler. - Cigré type 15: función onda tipo Cigré. - TACS source: fuente tipo 60, controlada por TACS. Tensión o intensidad. - AC 3-ph. type 14: fuente de corriente alterna trifásica. Tensión e intensidad. - AC ungrounded: fuente de corriente alterna monofásica, sin conexión a

tierra. Tensión. - OC ungrounded: fuente de corriente continua, sin conexión a tierra.

Tensión. • Máquinas (Machines)

- SM 59: modelos especiales tipo 59 para máquinas síncronas, trifásicas, equilibradas y sin saturación. Controlada por TACS o no controlada.

- UM1 Syncronous: modelo de máquina universal, para máquinas síncro­nas trifásicas.

- UM3 Induction y UM4 Induction: modelos de máquinas universales, para máquinas de inducción trifásicas.

- UM6 Single phase: modelo de máquina universal, para máquinas mono­fásicas.

- UM8 OC: modelo de máquina universal, para máquinas de corriente con­tinua.

• Transformadores (Transformers) - Ideal 1 phase e Ideal 3 phase: transformadores ideales (monofásico y tri­

fásico). - Saturable 1 phase y Saturable 3 phase: transformadores con saturación

(monofásico y trifásico). - # Sat. Y /Y 3-Ieg: transformador con saturación, trifásico. Conexión estre­

lla-estrella. Núcleo de tres columnas con elevada reluctancia homopolar. - BCTRAN: llamada a subrutina de apoyo BCTRAN.

• TACS (TACS) - Coupling to Circuit. Elemento para pasar información del circuito a los

TACS 90- Nudo de tensión. 91 - Interruptor de corriente. 92 - Variable interna especial de un componente. 93 - Estado de un interruptor.

- Sources. Fuentes TACS OC-11: corriente continua tipo escalón. AC-14: corriente alterna cosenoidal. Pulse-23: función pulso. Ramp-24: fuente en dientes de sierra.

- Transfer functions: funciones de transferencia TACS (general, derivativa, integral, filtro pasa bajos y filtro pasa altos).

- Devices: dispositivos TACS Freq sensor - 50: sensor para medida de frecuencia. Relay switch- 51: interruptor operado por un relé. Level switch- 52: interruptor operado por un trigger. Trans delay - 53: función retardo. Pulse delay - 54: pulso con retardo. Digitizer- 55: digitalizador. User def nontin - 56: característica no lineal definida por el usuario punto a punto. Multi switch- 57: interruptor múltiple. Cont integ - 58: integrador controlado. Simple deriv - 59: función derivada simple. Input IF- 60: función IF ... THEN. Signal select- 61: selector de señal. En función de la posición del selec­tor, proporciona una salida u otra. Sample track - 62: señal de muestreo y seguimiento. Inst min/max- 63: selector de valor máximo o mínimo de una función. Min/max track - 64: valor máximo o mínimo de una señal. Acc count - 65: función acumulador-contador. Rms meter - 66: dispositivo para medir el valor eficaz de una función.

- Initial cond.: permite especificar las condiciones iniciales de elementos TACS.

- Fortran statements. Permite incluir instrucciones Fortran. General: instrucción definida por el usuario. Math: operaciones matemáticas. Logic: operaciones lógicas.

- Draw relation: permite relacionar gráficamente los bloques Fortran con las variables utilizadas.

5.3 Componentes definidos por el usuario

Además de todos los elementos estándar indicados en el apartado anterior, el usuario puede definir sus propios modelos mediante ficheros de texto. Estos mode­los propios se desarrollan mediante un editor de textos con la estructura adecuada y mediante MODELS o DATA BASE MODULE. Como ya se ha indicado, estos mode­los definidos por el usuario se guardan, por defecto, en los subdirectorios Mod y Usp.

5.4 Creación de modelos nuevos

Aunque ATPDraw está provisto de una importante cantidad de componentes eléctricos no dispone de todo tipo de modelos, por lo que puede faltar alguno que sea necesario, en función del estudio que se quiera realizar. Para salvar este incon­veniente, ATPDraw permite crear nuevos modelos de elementos que faciliten el uso del programa.

--......

El primer paso para la creación de un nuevo modelo es la generación del fiche­ro de texto donde se describe el nuevo elemento que se quiere modelizar. Este fichero de texto se puede desarrollar mediante una de las siguientes opciones:

• Uti lizando las plantillas que incluye el editor de textos PFE32. • Escribiendo directamente desde el editor de texto, con la ayuda del ATP­

EMTP Rule Book para definir correctamente la estructura del fichero. • Uti lizando la opción Data Base Module (DBM), si se quiere que tenga pará­

metros variables.

El fich ero de texto creado se tiene que compilar mediante alguna de las ver­siones de ATP, de modo que se obtenga otro fichero con la extensión .lib. Este último fichero es el que se almacena en el directorio Usp de ATPDraw.

Por otro lado, también hay que definir un icono y una ventana que represen­ten el nuevo modelo de componente creado mediante el fichero .lib. Para ello, con la opción Objects ~ User Specified ~ New sup-file se crea un nuevo com­ponente, cuya extensión es .sup. En la ventana que aparece a continuación (Figu­ra 6.17) hay que indicar los datos que definen dicho componente y el número de nudos disponibles para su conexión externa.

Figura 6.17 Definición

de los datos y nudos del nuevo modelo

[dol e \1 [ll!i\ATP ORA\11\Ihp\llon.me IUP EJ Qalll. lt~odeol lf St...:lorddatb N.,.. IDold IM~n 1"'"" iP«MlDot• 1 rH~~t~Piecmon O olio 100

¡ ; ~ ~~--T¡ope Ju...spoc ..:J

~~ N<m dot• p :;:1 N~m,_r rr-:;:1

1"

~ ~ ~ ... SOI!eé,t

~el ti.-. (a)

Ed•t C \EHIG\AJP ORAW'\Usp\tion.omc tup

Sl<rdord datb N.,..

(b)

Para especificar el número de datos y nudos que tiene el nuevo componente se utilizan los recuadros dispuestos al efecto (Num. data y Num. nodes). En la parte izquierda de la ventana aparecen tantas líneas como datos/nudos se hayan definido. En el primero de los casos, para cada dato se deben especificar: el núme­ro máximo de dígitos permitidos. De forma similar, para definir los nudos, se indi­can el nombre, el tipo, la posición que ocupa en el icono que representa el componente y el número de fases.

En la ventana aparecen dos botones. Pulsando el botón donde aparece una lámpara eléctrica, se abre un editor de iconos que permite diseñar el icono con el que representar el nuevo componente creado. Mediante el botón en el que apa­rece un interrogante, se accede a un editor de ayuda donde se puede escribir el texto que se desea mostrar, cuando se solicite ayuda desde la ventana de diálogo correspondiente a este componente.

Tras definir todos los datos, se pulsa la opción save as y se guarda el fichero con extensión .sup en el subdirectorio Usp, con lo que queda definido el nuevo componente. Para poder utilizar este nuevo modelo como un componente más del circuito eléctrico a diseñar, se hace uso de la opción User Specified => Files (Figura 6.18) y se selecciona el fichero .sup correspondiente al componente .

.!:.ATPDra w

-. Nonnme ctdp ----- ------ - - -- - ---

frobeo & 3-phese

llJancht..lear Branch l:lcrinoar ~t

S~che•

frequencycomp. Standard~ ..

MODE: EDIT ,M

J.baty Relli>h ReiJ-ph

Figura 6.18 Inserción del elemento de usuario

Una vez insertado el componente, aparece su icono representativo y se puede utilizar en el circuito conjuntamente con el resto de elementos. Al abrir su ventana de diálogo (Figura 6.19), aparecen las casillas de los datos y nudos que se han defi­nido previamente, para que se suministren dichos datos. En este punto se debe resaltar que, cuando se utiliza un modelo nuevo definido en base a un fichero .lib, en la ventana de datos (dentro del campo definido por la orden $INCLUDE) hay que indicar el fichero .lib con su path completo. Para facilitar esta operación se puede hacer uso del botón Browse.

Figura 6.19 Ventana de diálogo

del elemento de usuario

Use• spec1hed Z _ OBJETO EJ

6 Visualizador gráfico: PCPiot El programa PCPlot permite la visualización interactiva de los resultados

guardados en los ficheros de extensión .pl4 que genera ATP.

Al e jecutar PCPlot pinchando en el icono correspondiente de la ventana de ATPCC (Figura 6.8), aparece la pantalla principal del programa donde, con un for­mato habitual del entorno Windows, se presenta una barra de menús en la que se encuentran las opciones File, Edit, Options, Contents, Redraw y Help.

6.1 Menú File

Dentro de este menú existen dos posibilidades: abrir un fichero .pl4 y sa lir del programa (Open PL4 file y Exit respectivamente). Al abrir un nuevo fichero, apa­rece la ventana de diálogo de la Figura 6.20, donde se eligen las variables a repre­sentar y el tipo de representación deseado.

En los tres primeros recuadros aparecen las variables cuyos valores numéricos están guardados en el fichero .pl4 abierto. Para indicar las variables que se quie­ren representar, basta con seleccionar su identificador y pinchar en el botón Select o hacer doble clic sobre el nombre de la misma. Inmediatamente, d icha variable aparece en el recuadro superior derecho como seleccionada.

Para deseleccionar alguna de las variables elegidas se pincha sobre dicha varia­ble en el recuadro y se pulsa el botón Deselect o Deselect All, según sea el caso.

Las variables escogidas se pueden dibujar en función del tiempo o en función de una de ellas, según se seleccione la opción correspondiente. En el segundo

Selecl Curves 27 Dec-04 17 38 33

Voltage, Power

Select

Current, ~~~~~. f-re.p. - (TACS, U.M~k)

R p - R p - C

Figura 6.20 Selección de curvas

caso, la primera de las variables seleccionada constituye el eje x y aparece señali­zada con una «X» a su izquierda.

Una vez seleccionadas todas las variables y el tipo de representación, se pulsa el botón OK, con lo que se muestra la representación gráfica de las mismas. Cada curva se representa en un color diferente y viene identificada por una leyenda que aparece en la parte inferior del área gráfica.

Por defecto, para la representación en función del tiempo, el eje x se etiqueta como la variable tiempo. De todas formas, las etiquetas de ambos ejes se pueden editar en modo texto y, por tanto, el usuario puede modificarlas. Además se pue­den mover dentro del área gráfica usando el ratón y manteniendo pulsada la tecla shift al mismo tiempo.

6.2 Menú Edit

Dentro de este menú aparecen cinco submenús: Curve Redout, Zoom, Copy to clipboard, Curve identifiers y Save as BMP.

La opción Curve Readout proporciona los valores numéricos de las variables almacenadas en el fichero .pl4, para cada va lor de la variable representada en el eje x (Figura 6.21).

Para desplazarse a lo largo de la curva, se pueden utilizar los botones que apa­recen en la parte inferior izquierda de la pantalla, el ratón o las flechas del tecla­do. En este último caso combinando el uso de las flechas con la tecla shift, el movimiento del cursor es más rápido.

La opción del Zoom permite seleccionar y ampliar una zona de la ventana gráfica. Para delimitar la zona a ampliar se puede utilizar el ratón o definir los límites superior e inferior de ambos ejes y pulsar el botón zoom en la parte infe­rior de la pantalla. El botón Org vuelve a dibujar las curvas con los límites origi­nales.

Figura 6.21 Representación

gráfica de resultados. Curve Readout

El submenú Copy to clipboard permite copiar la pantalla (Client area) o el área gráfica (Image area) en el portapapeles y exportar la imagen capturada para su posterior utilización en otros documentos. Para guardar la imagen en un fiche­ro, se utiliza la opción Save as BMP.

Con la opción Curve identifiers se pueden colocar, dentro del área gráfica, etiquetas identificativas para las diferentes curvas, situándolas con el ratón allí donde se desee (Figura 6.22).

Figura 6.22 Representación con

identificadores

- EledroMapetic 1i

6.3 Menú Options

Dentro de este menú aparecen las siguientes opciones: Speed bar, Colors, Data directory, Readout step, Font, File type y Monochrome.

La opción Speed bar sirve para hacer visible u ocultar, según sea la opción actua lmente activa, una barra de acceso rápido donde se en cuentran algunas de las utilidades ya vistas en el menú Edit, tales como Zoom y Curve readout.

Asimismo, marcando la opción Readout step se añade a dicha barra de acce­so rápido un nuevo campo donde se puede modificar el tamaño del salto produ­cido en cada paso de los movimientos rápidos del cursor a los que se hacía referencia en el subapartado anterior.

A través del submenú Colors se puede modificar el color del fondo de la pan­talla principal (BackGrondColor), del fondo del área de dibujo (GraphicArea­Color), de los ejes (Axis Color), de cada una de las curvas representadas (Curve colors) y del cursor (Marker color). Todas estas opciones son también accesibles pulsando el botón derecho del ratón sobre el área gráfica.

Por medio de la opción Data directory se puede predefinir el directorio de tra­bajo.

La opción Font permite modificar el color y el tamaño de las fuentes utiliza­das en la representación gráfica.

Finalmente, cuando se quiere imprimir la representación gráfica obtenida con el programa PCPlot como parte de otros programas, puede resultar conveniente utilizar la opción Monochrome y convertirla en una representación en blanco y negro.

6.4 Otros menús

nes: Por último, dentro de la misma barra de menús se tienen las siguientes opcio-

• Contents. Permite modificar la selección de variables realizada o el tipo de representación elegido. Para ello, se remite a la ventana de diálogo de la Figura 6.20.

• Redraw. Vuelve a dibujar las curvas. • Help. Proporcion a una ayuda cuyo contenido y formato es similar al de

otros programas del ento rno Windows. Para ello es n ecesario que se dis­ponga del fichero WPCPlot.hlp.

7 Editor de textos: PFE32 El desarrollo del procesador gráfico ATPDraw ha simplificado enormemente la

creación de los fich eros que son compilados posteriormente con ATP. Sin embargo,

para los usuarios expertos sigue siendo necesario el empleo de un editor de textos que permita trabajar, entre otros, con los ficheros de entrada a ATP (.atp o .dat) o de sa lida del mismo (.lis). Fundamentalmente, la edición de este tipo de ficheros permite:

• Modelizar casos más complejos que no se pueden desarrollar con el progra­ma ATPDraw.

• Corregir posibles errores. • Interpretar los ficheros ejemplo que aparecen en el subdirectorio

BNCHMARK de las diferentes versiones de ATP (Salford ATP, Watcom ATP, GNU ATP).

• Interpretar los resultados de la simulación que han sido grabados en el fichero de salida .lis.

• Manejar dichos resultados en forma numérica y cambiar su formato si fuera necesario.

Para escribir los ficheros de texto que contienen toda la información del sis­tema eléctrico a simular, se puede utilizar cualquier editor de textos que indique la posición del cursor en cada fila. Sin embargo, conviene usar el editor de texto PFE32 distribuido junto con ATP, ya que incluye una serie de plantillas (tem­plate) que facilitan la escritura de los datos en el fichero. Esto es debido a que la estructura de los ficheros .atp es muy rígida, y toda la información del siste­ma debe ocupar una posición específica en cada fila del fichero. Por ello, en el momento de editarlos y modificarlos, resulta indispensable tener a mano el manual de usuario, que permite disponer del formato de cada uno de los ele­mentos a si mular e indica el contenido que deben tener cada uno de los pará­metros.

PFE32 ofrece las funcionalidades típicas de los editores de texto desarrollados en entorno Windows. A continuación se dan unas pautas básicas para desarrollar un fichero .atp (o .dat). En primer lugar se indica cómo crear el programa princi­pal y, posteriormente, se alude a la utilización de las subrutinas de apoyo.

7.1 Programa principal

Tal y como se ha indicado, los ficheros .atp se deben generar siguiendo las estrictas reglas sintácticas de ATP que aparecen reflejadas con detalle en el manual de usuario. Para facilitar dicha tarea, se pueden utilizar las plantillas en formato template (.tpl) que se encuentran en el CD-Rom distribuido por EEUG.

Para poder utilizar una de esas plantillas, es necesario adjuntarla previamente al edito r de textos PFE32, mediante la opción Template :::::> Attach File. Una vez adjuntada, se puede utilizar sin más insertándola en el fichero sobre el que se está trabajando, con la opción Template :::::> Insert (Figura 6.23). Utilizando las dife­rentes opciones de dicho menú (Template) también es posible editar dichas plan­tillas, modificarlas o crear otras nuevas y salvarlas.

l' Programmer's Ftle Ed1tor • [Unhtledl •¡ 11!!11.!.1 Ei Qptions !emplate Ej!eCU!e Macro ~l'ldow tlelp

8ttachFie ... QetachFIIe ... DeateFie ...

f<i. .. tfew

Qelele ...

J- ~6

fndMark F4

lnserts a t~e al the pos~100 of the ~¡;¡-

(a)

lnsert T emplate

T emplate Fies: T ~ate N ame:

~~~~~Q~~~~ ... ;) BEGIN NEW DATA ,. C:\EEUG\PFE32\TEMPLATE\Nonlinbl Miscellaneous 1 C:\EEUG\PFE32\ TEMPLA TE\Output.t C.\EEUG\PFE32\TEMPLATE\Source.J Printout freq. C:\EEUG\PFE32\TEMPLATE\Stat~ab. STAT. diCe test C\EEUG\PFE32\TEMPLATE\Swtch STATISTICS rmc C:\EEUG\PFE32\TEMPLATE\T acs.~ ~ SYSTEMATIC lllsc

(b)

~~

~

~

Figura 6.23 Inserción de plantillas

Además, se pueden insertar unas plantillas dentro de otras hasta generar la estructura general del fichero .atp con todos sus componentes (Miscellaneus, Branch, Switch, Sources, Outputs, etc.).

7.2 Subrutinas de apoyo

Para las subrutinas de apoyo no se contemplan plantillas predefinidas, pero estas se pueden crear y desarrollar con el editor de textos, mediante las opciones del menú Template => Create file o Template => New. Lógicamente, a la hora de diseñar una nueva plantilJa es necesario seguir con exactitud la sintaxis definida en el manual de usuario de ATP.

8 Ejemplos

8.1 Ejemplo 1. Sistema de transporte en situación de falta

En este ejemplo se aplica el paquete software ATP-EMTP en la simulación del sistema eléctrico cuyo esquema unifilar se representa en la Figura 6.24, cuando se produce una falta bifásica a tierra en la línea de interconexión entre los nudos A y B. Este sistema ya ha sido presentado y resuelto en el ejemplo 1 del capítulo 3, correspondiente a MATLAB, por lo que sus características principales y los datos necesarios para llevar a cabo la resolución aquí planteada son los mismos que se proporcionan en dicho capítulo (Tablas 3.14 a 3.17).

Figura 6.24 Esquema unifilar

Sistema A

25 kV

Nudo A

220 kV

NudoB

Línea

Sistema B

Para llevar a cabo esta simulación se van a seguir los siguientes pasos:

• En primer lugar, se crea el modelo gráfico del sistema mediante el editor grá­fico ATPDraw.

• A partir del modelo gráfico, se genera el fichero fuente de extensión .atp que contiene el código del modelo en un formato adecuado para el compi­lador ATP.

• A continuación, se ejecuta el compilador ATP utilizando como entrada el fichero .atp generado en el punto anterior.

• Por último, se visualizan los resultados de la simulación, mediante el pro­grama PCPlot.

8.1.1 Modelización del sistema

Desde la pantalla del gestor ATPCC se llama al programa ATPDraw. Una vez aparezca la pantalla principal de ATPDraw, se abre un nuevo fichero .adp donde se guarda el sistema eléctrico objeto de estudio.

El siguiente paso consiste en representar el sistema mediante un circuito cuyos elementos simbolicen los distintos componentes y permitan simular su comportamiento. Así, utilizando el programa ATPDraw, se procede a seleccionar los componentes eléctricos que representan el modelo del sistema, cuyo esquema general es el indicado en la Figura 6.25.

. ,PectroMagnetk 1i

Zeq

..---...¡.":·~~---...

Figura 6.25 Modelo del sistema

• Equivalentes de sistema. Para proceder a su simulación, se van a mane­jar fuentes sinusoidales ideales en serie con sus respectivas impedancias fuente. Pulsando el botón derecho del ratón sobre la zona de trabajo, aparece un menú desplegable con todos los componentes estándar de ATPDraw. De entre ellos se escoge la fuente Sources => AC 3-ph type 14, que se corres­ponde con una fuente de corriente alterna trifásica sinusoidal. Esto mismo se repite para la segunda fuente. Una vez situados los iconos de ambas fuentes se deben definir sus paráme­tros. Haciendo doble clic sobre el elemento a parametrizar, aparece una ventana donde se introduce el valor de cada uno de los parámetros carac­terísticos de la fuente. En las Figuras 6.26 y 6.27 se pueden ver los valores introducidos para las dos fuentes. Si se qui.ere conocer el significado de cada uno de los parámetros, basta con utilizar la ayuda (Help) de la propia ven­tana. Las etiquetas identificativas que aparecen en el circuito junto a los compo­nentes del sistema pueden ocultarse seleccionando la opción Hide, que apa­rece en la parte inferior derecha de la ventana correspondiente. Si lo que se quiere es cambiar su ubicación dentro del dibujo, se puede arrastrar con el ratón hasta el lugar deseado. Una vez se haya definido un elemento, su representación cambia de color rojo a negro. Siguiendo el mismo procedimiento, se elige el componente Branch Linear => RLC 3ph, que representa una impedancia trifásica. Se repite la operación para la impedancia de la segunda fuente y se sitúan en serie con cada una de las fuentes. Pa ra conectar entre sí dos elementos, basta con situarlos en la zona de tra­bajo de manera que sus bornes queden unidos. Otra posibilidad es unirlos mediante una línea que represente una conexión monofásica o trifásica, según sea la naturaleza de los elementos interconectados.

Figura 6.26 Parámetros

de la fuente 1

Figura 6.27 Parámetros

de la fuente 2

Component Ac3ph.sup Ei 6tlríbutes 1

DATA V ALU E 1 NODE Amp. 2041 2 AC3 f 50

pha o

A1 o

T start ·1

htop 1

arder· jo L~l jE1

C~ jAI!lP"{2500J/sqr(3))"sq(2)

¡'-"~] rHisle r Cunent

r r. Volage

.QK ~ ~ancel J:ielp

Component Ac3ph.sup Ei ' 8ttributes 1

DATA VAWE

Amp. 175547

f 50

pha 3.5

A1 o Tmrt ·1

htop 1

-~.

Order.jO

Co¡nment: jAmp>o(220000/sqr(3U'sqr(2)

T ype olaourc

r Ct.rrent

r. Voltage

1 ¡.;..N:..::.O;:.DE=---ti;_;IPHAS~.:;;.E -+ INAM.......,...:;;.E _.,J ¡~ AC3 IABC 1 1

Los valores que se h an asignado a la impedancia interna de la fuente 1 son los que aparecen en la ventana de la Figura 6.28. Esta ventana se abre siguiendo el mismo procedimiento que el visto para el caso de las fuentes. La impedancia interna de la segunda fuente es también equilibrada y se pro­cede de forma similar, tomando los datos de la Tabla 3.14. Además, cuando sea necesario conocer la tensión, corriente o energía aso­ciadas a un determinado elemento, pueden definirse como variables de sali­da seleccionando la opción correspondiente en el menú desplegable Output, que aparece en la ventana de diálogo de dicho elemento (Figura 6.28).

Componen! Rlc3 sup I!J

8ttributes J

DATA VALUE -~ R_1 00625 ~u

L_1 194

C_1 o A_2 00625

L_2 1 94

C_2 o R_3 00625

L_3 1 94 ..:.J O•de•: lo

Cr.mmert; llmpedancws interna de la fuente 1

r- Outpul -- -----.....,...--3

~1 ~- C~UI!,e!nt····~,..--:==~~-==--.,=~J r flrltage.l ---;2 · Vol(age ~ 3 · CU11ent!<Vollage ~ 4 · Powe1&.Ene1 QK

Figura 6.28 Parámetros de la impedancia 1

• Transformador trifásico. Para configurar el transformador se utiliza el mode­lo genérico de transformador trifásico (Transformers => Saturable 3 phase), que se corresponde con un transformador trifásico de tres arrolla­mientos con saturación. El devanado primario (P) se conecta a la impedan­cia Z 1, el devanado secundario, (S) al nudo A, y el devanado terciario, (T) a tierra, a través de la reactancia trifásica de compensación . Los parámetros a definir para este transformador se calculan a partir de los datos de la Tabla 3.16 y son los que se muestran en la ventana de la Figura 6.29. El valor de las resistencias se debe introducir en ohmios y el de los coeficien­tes de autoinducción en mH, ya que el parámetro Xopt se igualará a cero al efectuar los ajustes del proceso de simulación. Por otro lado, con objeto de sim­plificar la aplicación, no se ha definido la saturación del transformador.

~ . ,~-------.. ... ~~.·· ..... ~- "- ,..,.••_,,_J.! - •• : · •• ·' .;• ....... ••• :.: ••• ••• ••• ·.::~ .... :.:· ::.:·:· · ..

~~--- · - .. .... ... .. . . ·· ~- . .. ... . . .. Simulación e

Figura 6.29 Parámetros del transformador

.. Con•rwnt•nt ':', .:~t 1 • ~tlo t up

~·t~l

• Reactancia trifásica de compensación. Para modelizar esta reactancia se utiliza u na carga trifásica en estrella conectada a la salida del terciario. Esta carga se encuentra en Branch Linear => RLC-Y 3ph y los parámetros a definir se muestran en la ventana de la Figura 6.30. A continuación, se procede a conectar a tierra tanto el neutro de la estrella de la reactancia de compensación, como el de los dos bobinados en estrella

Figura 6.30 Parámetros de la

reactancia trifásica de compensación

Componen! RlcYJ sup E)

8ttributes 1 =-=-"""

DATA VAL. UE

R_l o l_1 1270

C_l o R_2 o L_2 1270

C_2 o R_3 o 1......3 1270

Order.IO

[o~

1~0-· N-o---------~-. - -="'--"-'-----'= u

~ NODE NAME -u IN ABC OUT

~

Program)

del transformador. Para ello, se hace clic con el botón derecho del ratón sobre el borne correspondiente al nudo que se desea conectar a tierra. En la ventana que aparece, se selecciona la opción Ground y se valida la cone­xión mediante el botón OK.

• Línea aérea trifásica. El modelo utilizado para la simular la línea de transporte es el modelo de línea de Clarke, de parámetros distribuidos, transpuesta y tri­fásica (Unes/Cables:::) Distributed:::) Transposed Lines (Clarke) :::) 3 phase). Con el fin de poder simular una falta en un punto de la línea, se divide la misma en dos tramos cuyas longitudes se pueden modificar sin más que cambiar el valor del parámetro correspondiente (1). En la Figura 6.31 se observan los valores característicos de la línea utilizada en este ejemplo. Dichos parámetros, a excepción de la longitud, son iguales en ambos tra­mos, al tratarse de la misma línea que se ha subdividido artificialmente a efectos de cálculo para la simulación de la falta. Se ha previsto que la falta objeto del análisis realizado en este ejemplo, se encuentre localizada a una distancia de 100 y SO kilómetros desde los respectivos extremos. Una vez situados los dos tramos de la línea (Ll y L2), se procede a unirlos para conformar la línea completa. Del mismo modo, se conectan los dos extremos de la línea a sus respectivos nudos (A y B).

Componen! lonezl_3 sup Ei

1

8ttributes 1

DATA VALUE

Al!+ o 01273

A/Kl 03864

A+ 09337

A!J 4.1264

B+ 0.01274

BO o.oons1

1 100

IUNE o

Ooder.IO

Commert lunea de uansporte. Ttamo 1

ro-_ lo · No !]

.cl NODE PHASE -:U INl ABC

OUT1 ABC

= r=J t..bel. lu

-----

;-_;

,NAME 1 1

~

F= r _svruge.1 Figura 6.31 Parámetros de la linea de transporte

• Impedancia equivalente. Para tener en cuenta el efecto del resto de la red eléc­trica, se coloca una impedancia equivalente entre los nudos A y B. Es decir, en paralelo con la línea de transporte. Se trata de una impedancia trifásica

-

que, tal y como se indicó anteriormente, aparece modelizada en Branch Linear ~ RLC 3ph. Aunque como ya se ha utilizado, también se puede copiar alguna de las impedancias del circuito y modificar sus parámetros, o se puede introducir una impedancia nueva pulsando en el icono que ha aparecido sobre la barra de herramientas (Figura 6.32). Asimismo, en la Figura 6.33 se muestra la ventana donde se definen los valores característicos de dicha impedancia equivalente.

Figura 6.32 Uso de la barra

de herramientas

• ÍMOOE· EDil RLC3

Componen! fllc3 '"P EJ

Figura 6.33 Parámetros de la

impedancia equivalente

811nbutes 1

DATA VAWE ·.J R_l 2!IXl -..J

L.J 200XXXl

C_l o R_2 2!IXl

L_2 200XXXl

C_2 o A_3 2ml

l.3 200XXXl .:.1 Order ID

~·IIMPEOANOA EQUIVALENTE DE RED

NODE PHASE NAME 1 IN1 ASC 1 oun ASC

• Falta bifásica a tierra. Para modelizar una falta bifásica en la línea de trans­porte, en cada una de las fases implicadas se coloca un interruptor, con apertura y cierre controlados por tiempo. Así como una resistencia conec­tada a tierra, cuyo valor se puede modificar para simular el efecto de faltas más o menos resistivas. Asimismo, y con objeto de poder simular la falta entre dos fases y tierra, se utiliza un splitter o elemento que transforma un nudo trifásico en tres nudos monofásicos. Este componente se halla en Probes & 3-phase => Splitter. Los interruptores de cierre y apertura controlados por tiempo se seleccionan en Switches => Switch time controlled y se configuran para provocar y despejar la falta en los tiempos que se definen en la ventana correspon­diente a la Figura 6.34. Para insertar la resistencia de falta, se selecciona Branch Linear => Resistor. Inicialmente, la falta bifásica se ha considerado con una resistencia de falta prácticamente nula (0,01 m!l).

Componen!. Swotchtc sup EJ 8ttributes J

DATA jVALUE NODE E NAME T ·el ¡o.1 SI/IIF T·op J 02 SWT lmer jo

~roup Na lo Comment l lnteuupiOI para control de la f41ta a tiefoa (F4$e A)

O~ApUt

lo No Figura 6.34 Parámetros de los interruptores

.QK li 1

• Elementos de medida. Para analizar los resultados que se obtienen tras el pro­ceso de simulación, se colocan distintos voltímetros y amperímetros en el sistema eléctrico. Este tipo de elementos se obtiene dentro del submenú Probes & 3-phase. En este ejemplo se han utilizado dos voltímetros (Probe Volt) y un amperímetro (Probe Curr). A la hora de posicionar y conectar estos elementos de medida, se empieza por los amperímetros. Seguidamente se hacen las conexiones eléctricas que

~ Simu . .. ... -

••••• ... -- - -------- ____..,...~ --U.

1 1! ' : • ...!.-.! •• •• : •• :: ···:.:: .. :.:·!:· .·.··· .. :::-:· ·: .. _: :·.::.:·~·

faltan y, por último, se ubican los voltímetros de modo que su toma se halle sobre el punto donde se desea realizar la medida. Una vez que se han intro­ducido en el circuito, hay que definir para cada caso si se trata de elemen­tos monofásicos o trifásicos. En este último caso, hay que especificar también la fase o las fases cuya medida se quiera registrar (Figura 6.35).

Figura 6.35 Definidón de los

aparatos de medida

Open Probe ~

Las magnitudes definidas como salidas son aquellas que, al ejecutar el pro­grama ATP, se guardan en el fichero .pl4. Este fichero es el que se utiliza posteriormente para representar gráficamente los resultados con el progra­ma PCPlot. Aunque en este ejemplo no se ha empleado, la propia ventana de diálogo de muchos componentes permite definir como salidas del siste­ma magnitudes tales como la tensión, la corriente o la energía asociada a ese determinado elemento.

8.1.2 Definición de nudos

A continuación, es necesario identificar todos y cada uno de los nudos del cir­cuito. Para ello, se hace doble die sobre cada nudo (o clic con el botón derecho del ratón) y, en la ventana que aparece, se introduce el nombre con el que se iden­tificarán en adelante (Figura 6.36). En el ejemplo, solo se ha dado un nombre con­creto a los nudos A y B (N-A y N-B respectivamente) y a aquellos nudos cuyas magnitudes se van a visualizar (Tl: primario del transformador. y PF: punto de falta). Si se desea que los nombres sean visibles en el circuito, se debe marcar la opción Display.

Figura 6.36 Definidón de los

nudos del sistema

Node d~la [:':

A continuación, y con objeto de evitar tener que repetir el proceso anterior para todos aquellos nudos del circuito que por diversos motivos no interesa iden­tificar, se procede a utilizar la opción ATP ~ Make Names. La función de este comando es doble. Por un lado, etiqueta todos los nudos del sistema que previa­mente no hayan sido identificados, asignándoles un nombre que, aunque para el usuario no tenga utilidad, resulta imprescindible para el correcto funcionamien­to del programa. Y por otro, identifica todos los nudos del circuito que, dadas las conexiones realizadas, conforman un único nudo eléctrico y procede a asignarles el mismo nombre .

•

....... f-&1-~-------- ·:;.;:. ;:.:·· ::.<·~ ~!' ·;...::.:: ... :· '::-.~.: - ··-.·.·:i .. :.:"::.·.-·:: .. ~ .. .. . :~.. ~· 1. • ¡

8.1.3 Generación del fichero fuente

Previamente a la generación del fichero fuente .atp se debe guardar la repre­sentación gráfica del circuito en un fichero .adp.

A continuación, se deben configurar los parámetros o settings del proceso de simulación. Mediante estos parámetros se definen las condiciones o ajustes generales para la simulación del sistema eléctrico construido. Para realizar esta ope­ración, se accede a través del menú ATP :=:} Settings a una ventana de diálogo com­puesta por varias pestañas (Figura 6.37), en donde destacan las dos primeras, Simulation y Output, por incluir las opciones más susceptibles de ser modificadas.

7..: ~1~-5 -;; lgo ....... lSol>t O (' F._,pn

¡;q,t o r .ti--=IHFSl

reo-F-

(a) (b)

Figura 6.37 Ajustes generales del proceso de simulaáón

En la pestaña Simulation se definen los siguientes parámetros:

• Delta T: intervalo de tiempo para la integración numérica. Se realiza un paso de simulación cada delta T segundos.

• Tmax: tiempo total de la simulación, en segundos. Al cumplirse este tiem­po, se da por concluido el proceso de simulación.

• Xopt: indica las unidades en que se define el valor de las autoinducciones: - Si Xopt = O; el valor se debe indicar en mH. - Si Xopt = frecuencia del sistema; el valor se debe indicar en n.

• Copt: indica las unidades en que se define el valor de las capacidades: - Si Copt = O; el valor se debe indicar en pF. - Si Copt = frecuencia del sistema; el valor se debe indicar en n.

• Simulation Type: se selecciona el tipo de simulación que se desea. En este caso se ha optado por la simulación en el dominio del tiempo.

En la pestaña Output destacan las dos siguientes opciones:

• Print freq: indica la frecuencia con la que se muestran los resultados numé­ricos por pantalla durante el proceso de simulación. En el ejemplo, se indica

11

•

Simulación de siStemas eléctricos

que en pantalla serán presentados los resultados de uno de cada 500 pasos de integración realizados.

• Plot freq: indica la frecuencia con la que se guardan los valores de las varia­bles de salida en el fichero .pl4, para su posterior representación gráfica. Siguiendo con el ejemplo, el fichero .pl4 contendrá los datos de todos los pasos de simulación realizados, dado que se almacenarán cada uno de los pasos de integración efectuados.

Si una vez modificados los valores de estos parámetros se quieren mante­ner para ser utilizados en simulaciones posteriores, se debe salvar de nuevo el fi chero.

El siguiente paso consiste en generar el fichero fuente .atp, para lo cual se escoge la opción ATP ~ Make File As del menú principal. Al hacerlo, el progra­ma presenta una ventana de diálogo donde, por defecto, se denomina al fichero .atp con el mismo nombre que tiene el fichero .adp utilizado.

Una vez creado el fichero .atp, y aunque es posible compilarlo desde la propia aplicación gráfica, se cierra el editor gráfico ATPDraw y se vuelve al gestor ATPCC.

8.1.4 Ejecución del fichero .atp con el programa ATP

Al volver a la pantalla principal del gestor ATPCC, dentro del correspondien­te menú desplegable, se selecciona el proyecto al que se haya asignado el caso creado. Al pulsar la tecla ATP se comprueba que en la ventana central de la zona de trabajo aparece reflejado el fichero .atp que se ha generado en el paso anterior (Figura 6.38) .

Figura 6.38 Programas

con filtro ATP

• EEUG ATP Control Cenleo .. fi!E'J

f'our out¡M hle nomo

Del mismo modo, si se pulsa la tecla ATPDraw se presenta el fichero .adp del nuevo caso junto con el resto de los archivos que pudieran existir en ese directo­rio y que cumplan el filtro definido en las opciones de ATPCC para ese programa.

Al ejecutar ATP se abre una ventana donde se reflejan tanto el estado de la eje­cución de l programa, como los errores que hayan podido surgir en dicho proce­so. En caso de haber seleccionado la opción Save on ==> both, también se presentan en pantalla los resultados obtenidos. Esta ventana debe ser cerrada una vez haya finalizado la e jecución del programa.

Asimismo, la ejecución del programa proporciona como resultado los ficheros .lis y .pl4, que se denominan automáticamente con el mismo nombre del fiche­ro .atp utilizado como entrada.

En este caso, se comprueba que al pulsar de nuevo el botón ATP aparece tam­bién el fichero .lis donde se salvan todas las incidencias acaecidas durante el proceso de ejecución del programa, así como los resultados obtenidos en el mismo. Este fichero es editable y puede abrirse con un editor de textos siguiendo un procedimiento análogo al descrito para los ficheros .atp.

8.1.5 Representación gráfica de los resultados

Para representar gráficamente los resultados obtenidos en la simulación se puede utilizar cualquiera de los programas de visualización gráfica compatibles con este paquete.

En este e jemplo se utiliza PCPiot, programa que se ejecuta desde la pantalla principal de ATPCC por cualquiera de los métodos indicados anteriormente. Al abrir el fichero .pl4 aparece la ventana de la Figura 6.39, donde se pueden elegir las variables a representar y el tipo de representación deseado.

Select Curves 16~"" 05 00 14 03

4: T1A Voltege, Power Current, e.-gy, f.reep. ot~Mr (T ACS, U .M.,..) 5: T18

PFA PFB PFC T1A T1B

PFA - X0001A 6: T1C

PFB - X0001B PFC - X0001C

Qeeelect 1 Oeselect&.~l

r. t lffunctlon

1 r xv-Ptot Figura 6.39

~ _, Selección de curvas

Select Select Select 1 ., 01(~ )C Cencel 1

En primer lugar se han seleccionado las tensiones en el primario del transfor­mador. Hecho lo cual, se presenta en pantalla el gráfico de la Figura 6.40, donde

~ Sim •• :¡.·:· I'.Y~,.. -----------__,. .... ,.,. _.&a

1 1 :. • . :~ ..... : •• :: ···:.:: .. :.:·::· •• •••• •• :::\ · -:-- .~:·_::.:·~·

Figura 6.40 Tensiones en el

primario del transformador

(kV]

se observa que antes de producirse la falta (en t = 0,1 s) el sistema es equilibrado en tensiones. Al tener lugar el defecto, se produce una disminución apreciable en la tensión de las fases en falta. Cuando se despeja la falta (en t = 0,2 s) ambas experimentan un incremento y, tras superar un periodo transitorio, se alcanzan nuevamente los valores originales. Entretanto, la tensión de la fase sana práctica­mente no se ve afectada y mantiene en todo momento un valor similar al de la situación de prefalta.

Para representar la tensión en el punto de falta, se escoge la opción Contents de la línea de menús. Al hacerlo, el programa presenta de nuevo la ventana de la Figura 6.39, donde se anula la selección anterior y se eligen las tensiones de fase correspondientes al punto de falta (Figura 6.41).

Figura 6.41

Tensiones en el punto de falta

(kV]

...... ..._...._~-------- ·:;.;:. ~= :·· ::.·: ~ =: ·:.:: .. :: ... :· ~-.: _,l . • •• ·:!'"':.:1' ::.·.··· :: •• ~ ••• - .:!. ~ ~ .

Como era de esperar, en el punto de falta, y durante el tiempo que dura la misma, las tensiones de las dos fases afectadas se anulan (por ser, en el ejemplo, nula la resistencia de la falta). Mientras tanto, la tensión de la fase sana varía lige­ramente dependiendo del punto de la línea donde esta se produzca. Con la des­aparición de la falta, ambas tensiones vuelven a sus valores iniciales, tras pasar por un periodo transitorio.

Si se repite el mismo proceso y se seleccionan las intensidades en el punto de falta, se observa que la intensidad derivada a tierra es nula excepto durante el intervalo de tiempo que dura la falta. Mientras que la corriente derivada por la fase sana sigue siendo nula durante la falta, la de las dos fases afectadas experimentan un fuerte incremento. Con la desaparición de la falta ambas intensidades vuelven a anularse (Figura 6.42).

[kA[

15-

10-

5-

o

~

-10

-15-

o 5o 100 7: PFA -X0001A

11

V V

V

1150 2

1oo

8 PFB -X0001 B 2so 300

9: PFC - X0001 C 3So t(msl

Figura 6.42 Intensidades derivadas a tierra

Como continuación y profundización del estudio, se propone al lector la modificación de los parámetros o del propio modelo para simular el comporta­miento dél sistema ante todo tipo de faltas (monofásicas, bifásicas y trifásicas, con o sin derivación a tierra), en diferentes puntos de la línea d P transporte y con dis-tintos valores de resistencia de falta . ·

8.2 Ejemplo 2. Transformador trifásico de tres devanados

En este ejemplo se expone la utilización de la subrutina BCTRAN aplicada a la modelización de un transformador trifásico de tres devanados. Se trata de obtener el modelo del transformador a partir de los datos suministrados normalmente por el fabricante. En ATP-EMTP los transformadores se modelizan mediante una serie de ramas mutuamente acopladas y se caracterizan por las matrices [R]-[L] o

Simulación de sistemas eléctJic:os

IAI-IRI. Para obtener más información sobre el modelo utilizado, se pueden con­sultar el Capítulo 6 del EMTP Theory Book y la Sección XIX-C del ATP-EMTP Rule Book.

En las expresiones se designan con subíndice 1 aquellas magnitudes referen­tes al devanado primario, con subíndice 2 las referentes al devanado secundario y con subíndice 3 las que hacen referencia al devanado terciario.

Los datos de partida necesarios para poder utilizar la subrutina BCTRAN son las ca racterísticas asignadas del transformador y los resultados de sus ensayos típi­cos. Para el transformador del ejemplo estos datos se encuentran contenidos en las Tablas 6.1 a 6.5.

Tabla 6.1. Características asignadas del transformador

f =so Hz Tensión Intensidad Potencia

(V) (A) (MVA)

Primario 126000 229 50 Secundario 50000 461 40 Terciario 15700 735 20

Tabla 6.2. Grupo de conexión

Devanados

Primario-secundario Primario-terciario

Tabla 6.3. Ensayo de vacío

Bobinado de alimentación

Primario

Grupo de conexión

Tensión (V)

126000

Y yO Ydll

Intensidad (A)

0,7558

Tabla 6.4. Ensayos de cortocircuito

Devanado Intensidad sbas• Tensión

Alim. Cort. (A) (MVA) (V)

Prim. Sec. 183,2 40 16344 Prim. Ter c. 91,6 20 9300 Se c. Ter c. 230,5 20 7404

Conexión

estrella estrella

triángulo

Potencia (W)

44750

Potencia Temperatura (W) (OC)

166800 19 85200 19

104400 19

-~li . Program) ~ Tabla 6.5. Ensayos de medida de resistencias

Devanado Material Coefic. Temperatura Resistencias

material (OC) (!l)

Primario Cobre 234,5 19 1,3577 Secundario Cobre 234,5 19 0,1898 Terciario Cobre 234,5 19 0,0687

Las resistencias indicadas son el resultado de calcular el valor medio de las tres medidas que se pueden hacer entre dos bornes de cada lado del transformador.

Además de los datos anteriores, que se pueden llamar directos, para simular este transformador hay que dotar al programa ATP de otros valores indirectos que se calculan a continuación.

Resistencias

H, = ~e~:) = 0,67880 1(L,R) R2 = 2 3 = 0,09490

3('"R) R 1 = 2 -3

= 0,103H1

Estos valores están referidos a la temperatura de 19°C.

Ensayos de cortocircuito

En el primer ensayo se alimenta por el primario y se cortocircuita el secundario.

Datos: U1rr = 16344 V

Separación de pérdidas:

11(, = 183,2 A (base 40 MVA)

P19 = 166 8 kW tC 1

pl 9 = 3 . J2 . Rl9 + 3 . [2. RI 9 i 1 1 2 2

?¡19 = 3 · 183,22 • 0,6788 + 3 · 4612

• 0,0949 = 128,9 kW p i9 = p 19- P19 = 166 8 - 128 9 = 37 9 kW 1 (( 1 1 J 1

Las pérdidas por joule y adicionales se deben transformar a la temperatura de 7S0 C.

p7s = pi91/CJ. + 75

= 128 9 309•5 = 157 32 kW

1 1 1/CJ. + 19 , 253,5 ,

p7s = p 19l/CJ. + 19 = 37 9 253•5 = 31 OS kW

11 a 1/CJ. + 75 ' 309,5 '

Por tanto, las pérdidas de cortocircuito a 7S°C son:

p 75"C = p 75"C + p 75"C = 188 37 kW fC 1 atlrc 1

Simulación Cle~· ~:!!!! . -=-------.~-.............. __..__. ...

r'~!~~ · _ •• : •• ... ~ : ···:.:: .. :.:·!:· .•. ···- :.~~-- ··:--.. ::· ... ;:.;·:• • .•

Además, el programa necesita el valor de la impedancia de cortocircuito correspondiente a la secuencia positiva. Esta impedancia se debe introducir en valor porcentual y se calcula según se indica a continuación:

uATCCrv 3 16344/V'3 =51 5080 z cc = l 183,2 ,

AfCC

z = uATIIOI/Ir / 3 lms<• f ATnom

S = S = 40 MVA i''" base

16344. 40. 106

Zpos,z = V3 . 183,2. (126000)2 100 = 12,98%

De igual modo, efectuando las mismas operaciones con los datos recogidos en los ensayos de cortocircuito primario-terciario y secundario-terciario, se obtienen los resultados reflejados en la Tabla 6.6.

Tabla 6.6. Impedancias y potencias de cortocircuito

Devanado z[IDS sbGs. p1s•c ce

Alim. Cort. (%) (MVA) (kW)

Prim. Se c. 12,98 40 188,37 Prim. Terc. 7,38 20 99,25 Se c. Terc. 14,84 20 114,19

Ensayo de vacío

En este caso únicamente se dispone de un ensayo de vacío a tensión nominal, por lo que no es posible tener en cuenta la saturación del circuito magnético y se considera una magnetización lineal. Por lo tanto, en este e jemplo, se necesitan solamente los datos de tensión(%), corriente(%) y pérdidas en el ensayo de vacío.

Datos: U10

= 126000 V l

10 = 0,7558 A

P0

= 44750 W

Como el ensayo ha sido realizado por el lado de alta tensión, los valores de referencia son 126 000 V y 229 A respectivamente.

u(%)= 126000

. 100 = 100%. 1 (%) = 0

'7558

. 100 =o 33% o 126000 , o 229 ,

Una vez acondicionados Jos datos numéricos de partida, desde ATPDraw se selecciona la opción Transformers =:) BCTRAN, con lo que aparece su icono correspondiente (Figura 6.43).

"

(a) (b)

Figura 6.43 Apertura de un elemento BGRAN

Haciendo doble clic sobre el icono se abre la ventana de diálogo de dicho ele­mento, donde se introducen los datos solicitados (Figura 6.44):

• Generales (Structure): número de fases y de devanados, tipo de núcleo, fre­cuencia y si se desea obtener como salida la matriz de inductancias inversa (AR Output).

• Características asignadas (Ratings): tensión, potencia, conexión y desfase de cada devanado.

• Valores obtenidos en los ensayos (Factory tests) . En este caso existe una pestaña diferente para cada ensayo. - Vacío: en la pestaña de la Figura 6.44 (a) se debe indicar el devanado por

el cual se ha realizado el ensayo (Performed at), dónde se desea ubicar la rama de vacío (Connect at), los datos de los ensayos realizados y cómo se desea considerar la magnetización del circuito magnético. También se contempla la posibilidad de incorporar los datos correspondi~ntes a la secuencia cero.

- Cortocircuito: en la pestaña de la Figura 6.44 (b) se indican los valores de la impedancia de cortocircuito (% ), la potencia base para la que se han calculado las impedancias y las pérdidas en cada uno de los ensayos rea­lizados. También se pueden introducir aquí los datos correspondientes a la secuencia cero.

Asimismo, en la parte inferior de esta ventana de diálogo se incluye una serie de botones para validar los datos, importar un elemento BCTRAN ya existente, guardar como, ejecutar el elemento con el compilador ATP, ver o copiar la curva seleccionada en el recuadro View/Copy y acceder a la ayuda.

Figura 6.44 Ventana de diálogo

de un elemento BGRAN

r ..... a...~..-t!ohl.fl~"'l

--~ '-••F"""9 li!Wkl<UIIlliiJIIH.&

1/dt\'1 C ... I"J loo t>'Wl "'

100 OlJ ••150

..... ,.~ v-.oc.. lo h ... ........., r f·•••·•IL., ;('; ,._.lA! F..., ll ~ ('" L..-(' b ... •

~ e- l_!!:!....l ...... 1 ...,.,., ~~ -:::.,J

(a)

....... ....... , ,.. .... .,,.._ 1'3 '"' '" lV

~~--- P3 t~ ..... , .... ~F~ tj!Oto.f~ JStoei oor. il --~ .. po--t .. .,....~., ,.r---: -- ¡v--;¡R¡o--;¡ """"'- llt-,...H~ 1) ., rm---3

·--....._ ....... , r:.·-~ ........... ---~1 ~ .......... .., -- "" .. ""' l¡;¡v ,. .,

"" lwiv .. .. ., 11• 19 1--- -

.... ,...-- .... ~. 1·"''"" ....... il !"..,¡. "-.tllt-looow<btol*odo!-.. .. ....X. ........ .. J. '""' 1-=..1 _ .. J ...... ._¡ """ 1 -. 1 -J

(b)

Tras introducir todos los datos, se validan (OK) y se guardan en un fichero .bct. En este momento, el programa da la posibilidad de generar el fichero .atp correspondiente y, en caso de respuesta afirmativa, se compila automáticamente originando los ficheros .lis y .pch.

Una vez obtenido el fichero .pch, el elemento BCTRAN creado se puede utili­zar para modelizar el transformador en el sistema eléctrico con el que se vaya a trabajar. Al edita r este fichero (Figura 6.45}, se puede acceder a los parámetros del modelo del transformador. Estos parámetros han sido calculados mediante la subrutina BCTRAN y, en el caso del ejemplo, se trata de las resistencias de pérdi­das en el hierro y de las matrices [A]-[R] que caracterizan los devanados y sus aco­plamientos mutuos. Dado que dichas matrices son simétricas, únicamente se proporcionan los elementos de la diagonal e inferiores.

1'3 EJEMPL06_2 pch lllr-Jf!I $UIHTAGE, 1.

1A 354778.348174 28 0.0

354778.348174 3C 0.0

0.0 354778.34817 4

USE AR 1A 12.353289717688 . 63806636218612 2A -16.48348198783 0.0

38.946649236396 .19385156304418 3A e -26 . 9213067462 0.0

4. 7653926887774 o. o 115.97808583097 .15376123228125

48 -. 0010475689499 0.0 0.0 o. o 0.0 0.0

12.353289717688 .63806636218612 58 0.0 0.0

0.0 0.0 o. o 0.0

- 16.48348198783 0.0

Figura 6.45 38.946649236396 .19385156304418 68 A 0.0 0.0

Fichero o. o 0.0

EJEMPL06_2.pch 0.0 0.0 -26.9213067462 0 . 0

4.7653926887774 0.0 115.978 08583 097 .15376123228125

~

~ • ElectroMagnetic Tra 'ents Program)

Para la correcta interpretación de los datos que aparecen en el fichero .pch es necesario acudir a la Sección XIX-C del ATP-EMTP Rule Book, correspondiente a la subrutina BCTRAN. A modo de e jemplo, el valor calculado para la resistencia de pérdidas en el hierro se puede comprobar fácilmente:

R = (U,o)z = (126000)2 = 354771 n A P

0 447500

Por último, se propone al lector que utili ce la subrutina BCTRAN para obtener el modelo del transformador trifási co cuyo circuito equivalente se obtiene en el e jemplo 1 del Capítu lo 2.

8.3 Ejemplo 3. Línea aérea de transporte

En este e jemplo se muestra la utilización de la subrutina U NE CONSTANS aplicada a la mode lización de una línea aérea de transporte. Se trata de obtener el modelo de la línea a partir de sus datos de diseño. Para obtener más información sobre los diferentes modelos de línea utilizados en ATP-EMTP, se pueden consul­tar el Capítulo 4 del EMTP Theory Book y la sección XXI del ATP-EMTP Rule Book.

La información relativa a la línea de 380 kV considerada se indica en la Tabla 6.7 .

Tabla 6.7. Datos de la línea de transporte

Longitud: 128,271 km N° de apoyos: 312 N° de circuitos: 1 Amarre: 30 Resistividad del terreno: IOOOm Suspensión: 282

Conductores de fase Cable de tierra Material: ALUMINIO-ACERO Material: ACERO Tipo: HAWK Tipo: 1 X 19 + O Diámetro exterior: 21,80 mm Diámetro exterior: 11,90 mm Diámetro interior: 8,04 mm Diámetro interior: macizo Sección: 281,1 mm2 Sección: 83,80 mm2

Resistencia en c.c. (20°(): 0,0307 0 /km Resistencia en c.c. (20°(): 5,43 0 /km N° de conduct./fase: 4 N° de conductores: 2 Flecha: 7m Flecha: 5,5 m

Asimismo, la d isposición geométrica de los conductores de fase y de tierra se representa en la Figura 6.46, donde las medidas se expresan en metros.

El procedimiento para utilizar las subrutinas LINE CONSTANTS y CABLE CONSTANTS 1 CABLE PARAMETERS es similar al seguido en el e jemplo anterior con la subrutina BCTRAN. En primer lugar, desde ATPDraw se selecciona la opción Unes/ Cables ~ LCC, con lo q ue aparece su icono correspondiente (Figu­ra 6.47) .

,

Simula

Figura 6.47 Apertura de un

elemento LCC

:·.·:·.-+~!... ----------.+~ --U.-1, .. • • • ... ..., ti • • • •• • • ••• ... . ..... ..... .

,.... ·-. . .... :. ···:.:: :.:·::· .·. .. :. .. .··.·: .:··:. .

Figura 6.46 Disposición

de los conductores

21,04

X

--------~----~------.. -----~

---~

(a)

m ~

(b)

Al hacer doble die sobre el icono se visualiza una ventana de diálogo con dos pestañas. En la Figura 6.48 (a) se muestra la pestaña Model, donde se debe defi­nir una serie de datos relativos al tipo de elemento LCC que se desea introducir (línea o cable):

• System Type. Los datos incluidos en este recuadro se deben definir en pri­mer lugar, ya que el resto de la información a especificar en las dos pesta­ñas que componen la ventana varía en función del tipo de elemento. - Dado que se va a trabajar con una línea aérea, en el menú desplegable se

selecciona la opción Overhead Line. - #Ph: se escribe un 3 por ser una línea trifásica de un único circuito. - Transposed: se selecciona por tratarse de una línea transpuesta. - Auto bundling: se activa para indicar que algunos de estos conductores

son múltiples. - Skin effect: se activa para incluir en el cálculo el coeficiente Skin.

m) ~

- Segmented ground: solo se selecciona cuando el cable de tierra está pues­to a tierra por segmentos y no de modo continuo. En este ejemplo no se ha seleccionado.

- Units: se seleccionan las unidades métricas. En función de la opción esco­gida varían las unidades en las que hay que introducir los diferentes datos (tanto de esta pestaña como de la correspondiente a los datos de los con­ductores).

• Standard data. - Rho(ohm*m): resistividad del terreno en !l/m. - Freq. init (Hz): frecuencia para la que deben ser calculados los paráme-

tros del modelo (opciones Bergeron y PI) o frecuencia mínima para el aj uste de los parámetros del modelo (opcionesjmarti, Noda y Semlyen).

- Length (km): longitud de la línea. • Model: en este recuadro se debe especificar el modelo con el que se quiere

representar el elemento e indicar una serie de datos relativos al mismo, que varían en función del modelo escogido. - Type: se selecciona el modelo Bergeron. Este modelo no requiere datos

adicionales.

Asimismo, en la Figura 6.48 (b) se muestra la pestaña Data, donde se deben introducir los datos relativos a los conductores. Haciendo uso del botón Add row se añaden a la tabla tantas filas como conductores tenga la línea. En este caso S, tres de fase más dos de tierra. Para cada uno de los conductores se deben especifi­car los siguientes datos:

• Ph. no.: número de la fase a que hace referencia dicho conductor. • Rin: radio interior del conductor. • Rout: radio exterior del conductor. • Resis: resistencia del conductor. • Horiz: distancia horizontal desde el centro del conductor o haz de conduc­

tores hasta una referencia vertical común. En este caso se toma como refe­rencia el eje de la torre (Figura 6.46).

• Vtower: distancia vertical desde el centro del conductor o haz de conduc­tores hasta el suelo, tomada en el propio apoyo.

• Vmid: distancia vertical desde el centro del conductor o haz de conducto­res hasta el suelo, tomada en el punto medio del vano. Internamente, el programa trabaja tomando como altura media del conductor el valor:

h = 3.. · Vmid +.!. · Vtower 3 3

• Separ.: Distancia entre los conductores que componen el haz. Este campo solo aparece si se ha seleccionado la opción Auto bundling.

• Alpha: Ángulo respecto de la horizontal de uno de los conductores que com­ponen el haz. Sol.o aparece si se ha seleccionado la opción Auto bundling.

• NB: Número de conductores que componen el haz. Este campo solo apare­ce si se ha seleccionado la opción Auto bundling.

Simulación de sistemas eléctricos

Figura 6.48 Ventana de diálogo

de un elemento LCC

.,,_ ...... ..._ """­r-­Pf!.MbW,... -,,.. r.-,......, ,..~ ,.._ ,..._. ,.. ....

-·­,. .,...

--fr\.oift"W roo ,,.,..,. ¡;-.....,. .... (i1W'

(a)

. -"""' .... ... 1""' - - J-1- ... -.. . .... .... _..,,.. "" ... .... ""'

' ' ... "' .... " ,. .. .. .. .. .. . 1 '

,.., "' lllll01 • , .. , .. .. .. .

o ' ... , .. .... " "" ... .. .. ' • • . ,. "' • "" l:1 ~ o o • • o • "" "' ' nO< ~" o o •

~ a-.. - 1 -=.::__j .!.1-..±J ~ "'*" 1-=.J 1-"'1""•"'1~~ ••-I.J:!J

(b)

En la parte inferior de esta ventan a de diálogo se incluye una serie de botones para val idar los datos, cancelar, importar un elemento LCC ya existente, guardar como, ejecutar el elemento con el compilador ATP, ver la configuración geomé­trica de los conductores, verificar el modelo, editar el icono del elemento y acce­der a la ayuda.

Una vez especificados todos los datos, se guarda el caso (Save As) en un fiche­ro .ale y se validan los datos (OK). En este momento, el programa da la posibili­dad de genera r el fichero .atp correspondiente y, en caso de respuesta afirmativa, se compila automáticamente originando los ficheros .lis y .pch.

El fichero .pch (Figu ra 6.49) contiene la información de la línea en el forma­to manejable por ATPDraw. Los parámetros del modelo contenidos en el fichero son calculados por la subrutina UNE CONSTANTS, utilizando como datos de entrada los que aparecen reflejados dentro de las filas comentario del propio fichero .pch. Entre ellos se pueden observar la mayor parte de los datos que se han introducido.

Figura 6.49 Fichero

EJEMPL06_3.pch

i! EJEMPL06_3 pc h .. r-J EJ e <••••••> eards punche d by s upport routine on 31-May-05 21.58.13 e **** TRAHSPOSED line calculated at 5 .000E+ 01 HZ. **** C llHE COHSTAHTS e SERASE C BRAHeH IH AOUT AlH_ BOUT_Bl H_eOUT e e METRie -e 10.316 o.o3o7 4 2. 18 e 20.316 o. 0307 4 2. 18 e 3 0.316 o. 0307 4 2 .18 e o o.s 5.43 4 1.19 e o o. s 5. 43 4 1.19 C BLAHK CARD EHDIHG eOHOUCTOR CAROS e 100. s o.

- 9.5 0 . 0 9.5 - 6. 6.

22 .85 22.85 22 .85 27.04 27.04

1 28. 271

15.85 15 .85 15 .85 21.54 21.54

40. 40. 40. 0. 0 0.0

(++++++) • t

45. 45. 45. o. o 0.0

SUI HTAGE, 1 -1I H AOUT A - 2 1H= BOUT=B

2 . 31536E- 01 6.16181E+02 1 . 84431E+05 1.28271E•02 1 8 . 3961 3E- 03 2 .49329E+ 02 2.92671E+05 1.28271 E+ 02 1

- 31 H eOUT e SUIHTAGE, 0-

Para la correcta interpretación de los datos que aparecen en el fichero .pch es necesa rio acudir a la Sección XXI del ATP-EMTP Rule Book, correspondiente a la subrutina LINE CONSTANTS.

En este punto, se propone al lector que aplique la subrutina U NE CONS­TANTS para obtener el modelo de la línea aérea utilizada en el ejemplo 2 corres­pondiente al Capítulo 2 de este texto. Para ello, se sugiere utilizar el modelo Pl y seleccionar como sa lidas de datos las matrices de impedan cias Zs y Ze, y las matri­ces de capacidades Cs y Ce. De este modo, en el fich ero .lis generado al ejecutar la subrutina, se pueden verificar los resultados obtenidos anteriormente con otros programas.

8.4 Ejemplo 4. Sistema de excitación de un alternador

En este ejemplo se expon e la utilización del módulo de simulación integrada TACS, para desarrollar el modelo del sistema de excitación de un generador sín­crono. El modelo utilizado es el que se ha presentado en el apartado 4.4.3 del capí­tulo 1 para un sistema de excitación de corriente continua, y su diagrama de bloques es el que se indica en la Figura 6.50. Los datos que definen el modelo se reflejan en la Tabla 6.8.

GENE- R

GENE -S

GENE-T

Tabla 6.8. Datos del modelo

Consigna de tensión (p.u.): v,., Ganancia del regulador de tensión: KA Constante de tiempo del regulador de tensión: TA Ganancia de la retroalimentación derivativa: KF Constante de tiempo de la retroalimentación derivativa: TF Ganancia de la excitatriz: KE Constante de tiempo de la excitatriz: TE Función de saturación de la excitatriz: SE

(Su característica no lineal se define por medio de 4 puntos entrada-salida)

Figura 6.50 Modelo del sistema de excitación de un generador síncrono

0,999743

400 0,05 0,02 0,33

- 0,170

0,95

o o 0,0673

3,27 0,22 4,36 0,95

Para poder utilizar las señales del circuito eléctrico simulado con ATP, dentro del módulo TACS, se debe hacer uso del elemento TACS => Coupling to Circuit. De este modo se pueden capturar las señales de tensión correspondientes a cada

~ Simu • .,:·.·:· ~.. --------------..t·.......... _u

1 T ¡ ' • .!.; e •• : •• • • ••• • •• ••. !.! •• • ••• •• • •::• - •• ~= ·: :.:••· ~~ . . . . ... ... .. . . . . . . . . . .

una de las fases del alternador. Dado que los elementos TACS únicamente traba­jan con nudos monofásicos, se debe utilizar un Probes & 3-phase ==> Splitter para descom pactar el nudo trifásico de salida del generador en sus tres fases (Figura 6.51).

Figura 6.51 Acoplamiento de

elementos TACS al circuito eléctrico

5 KK

Una vez capturadas las señales del generador síncrono, se inicia el diagrama correspondiente al sistema de excitación propiamente dicho. Para ello, haciendo uso de los diferentes elementos TACS que ATPDraw pone a disposición del usua­rio, se desarrolla el circuito de la Figura 6.52.

Figura 6.52 Modelo del sistema

de excitación con ATPDraw

• A partir de las tensiones en bornes del generador (GENE-R, GENE-S y GENE­T) se obtiene su valor medio cuadrático o valor actual (Ve), para comparar­lo con la consigna (Vref) y calcular la señal de error (Verr). Así, se utilizan S bloques Fortran (TACS ==> Fortran statements ==> General). Estos bloques de propósito general permiten especificar la expresión que proporciona el valor de su única salida. Para ello, se debe utilizar una expresión Fortran de una sola línea donde se define la salida en función de otras variables o nudos TACS. En la Figura 6.52, los bloques Fortran utilizados para el cálculo del valor actual se identifican con las etiquetas 1\2 (para el cálculo de VSQ-R, VSQ-S y VSQ-1), SUMA (cálculo de VMS) y p.u. (cálculo de Ve). A modo de ejemplo, en la Figura 6.53 se muestra la ventana de diálogo de esta última.

.... ........._~-------- ·=:·t=;.~::··

...... . ~ . .. , '- ~·~ · ~ ,,_ • , , ' ~ ... lf ·, 1_. ::a"'! ••~ :••:.., .:•.••. ·•.!'! .• : - .... •::•:.: ::.•.••• .: •• ••• ..... o¿\.

OUT•ISQRT(VMS)/1800l

Figura 6.53 Ventana de diálogo de un elemento Fortran statements ~ General

Como se puede apreciar, además de los campos habituales, solo se deben definir el tipo de dato (88 si es un dato interno, 98 si es un dato de salida o 99 si es un dato de entrada) y la expresión que representa la salida del blo­que (en el campo OUT=), que en este caso es Vc=SQRT(VMS)/18000. Para los demás elementos Fortran utilizados, las expresiones son: - En los bloques identificados con la etiqueta "2: VSQ-n = GENE-n * GENE-n. - En el bloque identificado con la etiqueta SUMA: VMS = VSQ-R + VSQ-S

+ VSQ-T.

Además, hay que tener en cuenta que las entradas de estos bloques (varia­bles usadas internamente para obtener la salida) no necesitan ser conecta­das. Es suficiente con que aparezcan correctamente definidas en la sentencia Fortran efectuada. No obstante, ATPDraw permite plasmar las relaciones existentes entre cada bloque Fortran y los nudos correspondien­tes a las variables en él utilizadas. Para ello, se hace uso de la opción TACS ::::} Draw relation, con la cual se pueden unir, mediante una línea de color azul, aquellos nudos cuya relación se quiera reflejar gráficamente. La visua­lización de estas conexiones es puramente informativa ya que no se tienen en consideración para generar el fichero compilable.

• Para introducir la consigna de tensión (Vref) se incorpora otro bloque For­tran, identificado en el esquema mediante la etiqueta Consigna. En este caso, la expresión utilizada es Vref= 0,999743.

• A continuación, se utiliza un comparador (TACS ::::} Fortran statements ::::} Maths ::::} x-y) para obtener la señal de error (Verr). Este elemento TACS, sin

da tos a definir, se limita a restar las dos señales cableadas a sus variables de entrada. Para conexionar estas variables se sigue el procedimiento general em pleado con el resto de componentes de ATPDraw.

• El siguiente elemento TACS que se incorpora al circuito es una función de t ransferencia genérica (TACS ~ Transfer funct ions ~ General), utilizada pa ra modelizar el regulador de tensión y obtener la señal de contro l (VR). Se trata de un bloque con una única salida y S posibles entradas, que in corpo­ra la opción de limitar el valor de la salida dentro de un intervalo cuyos límites pueden ser constantes (definidos por atributos) o variables (según el va lor de las dos entradas adicionales) . La función de transferencia del blo­que viene definida por:

l .d (\. d G . NO + Nl · s + N2 · s2 + ... + N 7 · s7

sa 1 a = ~entra as) · mn · DO + Dl · s + D2 · s2 + ... + D7 · s7

En la Figu ra 6.54 se muestra la ventana de diálogo de este elemento. En ella se definen la función de transferencia y los límites constantes especificados pa ra la variable VR (Fix_Lo = - 3,4 y Fix_Hi = +3,4). Toda esta info rma­ción aparece representada en el recuadro Transfer function situado en la pa rte inferior de la ventana.

Figura 6.54 Datos del bloque

de VR

TACS. THAN Sf Ei 8ttributes !

DATA VALUE

02 o 03 o 04 o 05 o os o 07 o Fox_Lo ·3.4

Foc....Ho 3.4

T ransfer function

G(s)= 2 _______ • 400

1-1{) 05s

•j

3

NODE PHASE NAME 1 OUT 1 VR IN1 1

IN2 1

INJ 1 Verr

IN4 1

IN5 1 VF

Neme L 1

Ne.me_H 1 -~

~l. J

Además, una de las entradas a este bloque es negativa (-VF), por lo q ue el n udo de la en trada correspondiente a VF se define como negativo. Para ello, se hace clic con el botón derecho del ratón sobre dich o nudo y se define de t ipo 2 (Figura 6.55).

IN5. rvr- [];[] J.ype;r- ~ P" J2islli4Y r J ¡ J

O=Output 1 =Input s1gnal pos1t1Ve su m up 2=1nput s1gnal negatiVa sum up !J 3=1nput signal disconnected (only necessary if no de na me is u ser spec1fied)

Figura 6.55 Ventana de diálogo de un nudo TACS

• Seguidamente, se introduce un segundo comparador (TACS ~Fortran sta­tements => Maths => x-y) para obtener la variable VR2 a partir de la señal de control (VR) y la señal VE, resultado del lazo de realimentación de la excitatriz.

• Para finalizar la cadena directa, se incluye un bloque integrador (TACS ~ Transfer functions ~ Integral). El único parámetro de este bloque es la ganancia K, que se utiliza para introducir la constante de tiempo de la exci­tatriz (K= l/TE= 1/0,95 = 1,0526).

• A continuación, para representar el lazo de realimentación de la excitatriz, se utilizan tres elementos TACS:

- Un bloque proporcional (TACS ~ Fortran statements ~ Maths ~ x*K), cuya ganancia representa la ganancia de la excitatriz (K = KE = - 0,170).

- Un bloque no lineal (TACS ~ Devices ~ User def nonlin), mediante el que se tiene en cuenta la función de saturación de la excitatriz. Se trata de un bloque que proporciona una salida variable, según una función no lineal:

salida = f(Gain · Ientradas) La ventana de diálogo de este elemento contiene dos pestañas. La prime­ra pestaña es similar a las ventanas de los bloques anteriores (en este caso con ganancia igual a 1), mientras que en la segunda pestaña (Figura 6.56) se debe especificar la característica no lineal mediante un máximo de 17 puntos, entre los que el programa realiza una interpolación lineal.

- Un sumador (TACS ~ Fortran statements => Maths ~ x+y), mediante el que se suman las salidas de los dos bloques anteriores.

• En cuanto al lazo correspondiente a la retroalimentación derivativa, se incluye una segunda función de transferencia genérica, cuya ventana de diálogo se muestra en la Figura 6.57. En este caso no se define límite algu­no. Por otro lado, hay que indicar que la orientación con la que se colocan los bloques en la representación gráfica no condiciona la secuencia de las ope­raciones a realizar. Con objeto de facilitar el seguimiento del diagrama de bloques, en este ejemplo se ha optado por representar los bloques al derecho, de modo que sus entradas se sitúen siempre a la izquierda y su salida a la

~ Simu . .a:;.·:· í4·r ------- - ----....-..-.,., _ .....

. 1 l~)tl ·.... .!.:. •• •• : •• :: ···:.:: .. :.:·: :· •••••• .. ::::· -:--.: :·.~:.:· · ·

Figura 6.56 Definición de la característica no

lineal

Figura 6.57 Datos del bloque

de VF

TACS DI VI! 1 ~,1; ---

A!:..,buta• 01 ............ 1. r- SIIUilian --,-

In ~~ . •• r¡ 61111 ] o o 1 1 0.(1)73

-ª :¡ -.-- 1 3V 0.22 1·¡;;-=:1 4.~ O.f6

1' NIM .¡.

-

1~, JI .__ -~ ['j ...... ,.

¡-.. 111 ""' ]1! e- 11r --1

B] 11 ~ 1 !¡ ..... '1 Jt a.

AlribuasL ... . f

DATA ~AlE ~® NODE ¡~ twE 1 IMirl 0.02 ;..t OUT !t VF NO o N1 EFD .... N1 1 N ' -N2 o IN3 - , __ N3 o IN4 fJ -m o N 1~.:(

N5 o - INiiiM"L ·~7· N6 o --·-ril

1......--w· IIL ' ·

~Ncrlo ...... eoa-nt l.

rr,.... __ ,. ... 1 G(a)"' 111 •DJ12 n 1 1 IIJ.t0.33111

_¿._

~~ i! JliC. J 11 .c--1 J ¡¡ ...

1:1

]1

1

lXI

H

derecha. No obstante, el resultado hubiera sido el mismo si se hubiese segui­do miméticamente la disposición del esquema original, con los bloques correspondientes a lazos de realimentación en sentido de derecha a izquierda.

.... ,.a.-..&-~-------- ·:;.¡: • •••• 4! .· :·~ ~ '!. ·: .. :: .. :!.--·: ·~.: - ''· . ·.·:.¿...: .:' ' ::.·.- · :: • . ~ .. .... . 1!.-. ~ · · ' •. ) ~

• Una vez introducidos todos los bloques funcionales, se incluyen las salidas (Probes & 3-phase::::} Probe Tacs). Con estos elementos TACS se indica cuá­les son las variables que se desea definir como variables de salida. No obs­tante, para la utilización de cualquiera de estas variables en el circuito eléctrico se pueden definir como salidas de bloques Fortran e introducir su valor mediante fuentes TACS (Sources ::::} TACS Source).

• Finalmente, para que el regulador de tensión funcione correctamente, se le deben indicar unas condiciones iniciales mediante los bloques de iniciación (TACS ::::} lnitial cond.), es decir, el valor de las variables al comienzo de la simulación. Estos valores aparecen al final del fichero .atp, precedidos por el número «77». Para calcular estos valores iniciales, se asigna a EFD = 1 p. u. y se retrocede hacia atrás, teniendo en cuenta que al ser valores iniciales el valor de s = O.

• Una vez diseñado el circuito, se completan las conexiones, se definen los nudos del circuito, se guarda y se genera el fichero .atp compilable. Al edi­tar este fichero se obtiene el siguiente código: BEGIN NEW DATA CASE

e -------------------------e Generated b y ATPDRAW febrero , mar t es 8 , 2005

e A Bonnevill e Power Administ r a t ion p rogram

e Programmed by H. K. H0ida l e n at SEfAS - NORWAY 1994 -2001

e e dT >< Tmax >< Xopt >< Copt >

l.E- 6 . 001

5 00 1

TAeS HYBRID

/ TAeS

1 1

98VSQ- R =GENE- R * GENE-R

1 o o 1

90GENE-R l.

90GENE- S l.

90GENE- T l.

98VSQ - S =GENE - S * GENE- S

98VSQ- T =GENE- T * GENE- T

98VMS =VSQ- R + VSQ- S + VSQ - T

98Vc =SQRT(VMS) / 1800 0

98Vref =0.99974 3

o

l VR +Ver r - VF 400 . -3 .4 3 . 4

l.

l . . 05

98Verr Vre f - Ve

98VE = VE2 + VEl

lVF +EFD . 02

l.

l. .33

98VR2 VR - VE

lEFD +VR2 1.0526

l.

l.

98VE1 -0.17 * EFD

98VE2 56+EFD l.

o o 1 0.0673

3.27 0.22

4.36 0 .95

9999 .

33VMS

33Vc

33Verr

33Vref

33VR

33VF

33EFD

77VMS 337089600 .

77Vc l.

77Vref .999743

77VR2 - 0.17

77VE1 -0.17

77VE2 . 0673

77EFD l.

77VR -0 .1027

77VF

7 7Verr - 2.5675E - 4

e 1 2 3 4 5 6 7 8

e 34567890123456 78901234567890123456789012345678901234567890123456789012 34567890

/BRANeH

e < n 1>< n 2><ref1><ref2>< R >< L >< e >

e < n 1>< n 2><ref1><ref2>< R >< A >< B ><Leng ><><>O

/SWITCH

e < n 1>< n 2 >< Tclose ><Top / Tde >< Ie ><Vf/CLOP >< type >

/SOUReE

e < n 1><>< Ampl. >< Freq . ><Phase/ TO>< Al >< T1 >< TSTART >< TSTOP >

/INITIAL

/OUTPUT

BLANK TACS

BLANK BRANCH

BLANK SWITCH

BLANK SOURCE

BLANK INITIAL

BLANK OUTPUT

BLANK PLOT

BEGIN NEW DATA CASE

BLANK

8.5 Ejemplo 5. Maniobras en el sistema eléctrico

En este ejemplo se analiza el efecto que producen determinadas maniobras en las tensiones e intensidades de un sistema eléctrico. En concreto se va a traba­jar con el sistema eléctrico de la Figura 6.58 y se van a simular las siguientes maniobras:

• Energización de la línea de transporte. • Conexión del banco de condensadores conectado a la barra de la subesta­

ción SE3 a través de un transformador.

SEJ

Etttella I T

SEI SE 2

Figura 6.58 Diagrama unifilar del sistema.

El sistema eléctrico a nalizado representa el punto de interconexión entre dos subsistemas eléctricos. En determinadas circunstancias dichos subsistemas pue­den quedar aislados al operar con la interconexión abierta. En estas condiciones, la parte del sistem a representada en la Figura 6.58 opera de forma radial y las ca rgas de las subestaciones SE 2 y SE 3 se alimentan a través de una única línea de transporte. A fin de inyectar la potencia reactiva suficiente para mantener la tensión de la red dentro de los márgenes adecuados para su explotación, duran­te la operación en estas circunstancias, se utiliza una batería de condensadores de 14,4 MVAr a 45 kV, conectada al sistema de 132 kV a través de un transfor­mador.

En este ejemplo, todas las simulaciones se han realizado con el interruptor de interconexión abierto.

Simulación ·:· ~~-/ ---------..t•.fl&-w&y ---- ' • . ~~ . ..!.! •• •• : •• :: ·· ·:.::··:.!•!:· .· .•·· .. : :::~ -:··.::·.::-:·:· ·

8.5.1 Datos de partida

A continuación se indican los datos correspondientes a los distintos compo­nentes del sistema eléctrico, a partir de los cuales se va a construir el modelo.

• Sistema de generación. En el nudo SE 1 se conecta un generador equivalente, que tiene en cuenta la influencia de las centrales generadoras de su entor­no. Sus características nominales son las reflejadas en la Tabla 6.9.

Tabla 6.9. Datos del generador equivalente

Tensión equivalente Potencia equivalente Frecuencia Conexión

132 kV 680 MVA

50 Hz estrella

• Línea. Se trata de una línea de 60,49 km de longitud, no transpuesta, de ten­sión nominal 132 kV, dividida en dos tramos de diferentes características (Tabla 6.10).

Tabla 6.10. Datos de la línea

Longitud (km): Resistividad del terreno (f!m): Conductor de fase: Diámetro exterior (mm): Diámetro interior (mm): Secdón (mm1) :

N° de conductores por fase: Resistenda en c.c. a 20°C (0 /km): Flec:ha (m): Cable de tierra: Diámetro (mm): Resistenda en c.c. a 20°C (0 /km): Flecha (m):

Tramo 1 (SE 1 a SE 2) Tramo 2 (SE 2 a SE 3)

28,894 31,591 100 100

lA-180 aluminio-acero 17,5 7,5

181,5 1

0,1962 4,5 4,3

no tiene de acero, macizo 9,5

5,4363 3,2

En cuanto a la disposición de los conductores de la línea sobre las torres, dentro de cada tramo de línea existen distintos tipos de torres. Con el fin de simplificar el proceso, sin alterar significativamente los resultados de la simulación, se utiliza una configuración equivalente para cada tramo. Esta configuración se ha obtenida aplicando una media ponderada al conjunto de apoyos de la línea y se muestra en la Figura 6.59, donde las dimensiones se expresan en metros.

a&.~~-------- ·::.;=-:.~· .. :: .. -:·:~:'~~~·t: .. ··'~ 'l~,_ -''· . ·.·: :.:.:" ::.·.·· ·: : .. . ...... .. - .l!.. '¡ ~ ¡. '

• Transformador. El transformador utilizado viene definido por sus caracterís­ticas asignadas (Tablas 6.11 y 6.12) y por los datos que el fabricante pro­porciona sobre los diferentes ensayos realizados (Tablas 6.13 a 6.15).

Tramol Tnunol

• y + y

3,&9n 3,&933 ... 2,45675 : 2,456?5

•• ' •: 1

____ J \ 1/ 1 \ 1 l 1 23,3958

3 2

15,2 19,45

14,45

X 1 __ _. .......... _ ..... ___ .,. Tabla 6.11. Características asignadas

f= 50 Hz Tensión Intensidad Potencia

(V) (A) (MVA)

Primario 138000 263,5 63 Secundario 46000 790,7 63 Terciario 13800 878,6 21

Tabla 6.12. Grupo de conexión

Devanados Grupo de conexión

Primario-secundario Primario-terciario

Tabla 6.13. Ensayos de vacío

Bobinado de alimentación

Terciario Terciario Terciario

Tensión (V)

13800 14490 15180

YNynO YNdll

Intensidad (A)

4,4 5,93 8,1

X _.,.

Figura 6.59 Disposición de los conductores

Conexión

estrella estrella

triángulo

Potencia (W)

32480 37340 42670

Tabla 6.14. Medida de resistencias (valores por fase)

Devanado Material Coefic. Temperatura Resistencias

material (OC) (fi)

Primario cobre 234,5 28 0,7066 Secundario cobre 234,5 28 0,0626367 Terciario cobre 234,5 28 0,017926

Tabla 6.15. Ensayos de cortocircuito

Alim.

Prim. Prim. Sec.

Devanado Intensidad sbos~ Tensión Potencia Temperatura

Cort. (A) (MVA) (V) (W) (OC)

Se c. 209,2 50 16638 197390 28 Ter c. 66,93 16 10118 30n6 28 Ter c. 200,8 16 1383 20830 28

A partir de los datos de las Tablas 6.11 a 6.1 S se obtiene el valor de las pér­didas de cortocircuito a 75° (Tabla 6.16).

Tabla 6.16. Pérdidas de cortocircuito

Ensayo P.lrt (W) 1

pD28"C (W) p:.s•c (W)

Primario-secundario 166772 30618 222551 Primario-terciario 21545 9231 33227

Secundario-terciario 19626 1204 24155

• Batería de condensadores. Se utiliza una batería de condensadores que está compuesta por un total de 96 condensadores monofásicos de las caracterís­ticas indicadas en la Tabla 6.17. Estos condensadores están dispuestos en conexión trifásica formando una estrella con neutro aislado. Cada fase de la estrella está formada por 16 ramas en paralelo y cada rama por dos condensadores unidos en serie.

Tabla 6.17. Características de los condensadores

Tensión: Intensidad: Potencia: Capacidad:

13750 V 10,91 A

150 kVAr 2,531JF

• Cargas. Las cargas alimentadas desde cada una de las subestaciones se repre­sentan mediante cargas equivalentes en estrella. Las características de estos consumos vienen reflejadas en la Tabla 6.18.

Tabla 6.18. Consumos de las cargas

Carga P(MW) Q (MVAr) V(kV)

SE 1 5,3 2,2 134,6 SE 2 6,7 5,6 132,3 SE 3 20,8 7,9 130,5

8.5.2 Modelización de los elementos del sistema

Una vez definidos los datos de todos los componentes del sistema eléctrico, el siguiente paso es representar dicho sistema mediante los diferentes modelos que ATPDraw proporciona para cada uno de los componentes reseñados (Figura 6.60).

V

TTT

SE1

Figura 6.60 Modelización del sistema

Algunos de estos elementos ya se han utilizado en los ejemplos precedentes, por lo que en este ejemplo únicamente se hace referencia a los aspectos no trata­dos con anterioridad.

• Sistema de generación . Dadas las características del estudio a realizar, se ha considerado como una conexión a una red de potencia infinita. Por ello, se ha utilizado una fuente senoidal de tensión para modelizar la barra de potencia infinita (Sources::::) AC-3ph. type 14).

• Los valores a introducir en la correspondiente ventana de diálogo (ver Figu­ra 6.26) son: 107 778 V de amplitud (valor de pico, de la tensión fase-neu­tro), SO Hz de frecuencia y oo de fase.

• Línea. Los dos tramos de línea considerados se modelizan siguiendo los pasos explicados en el ejemplo 3 de este capítulo. Los parámetros introdu­cidos para cada tramo se reflejan en las ventanas de diálogo de las Figuras 6.61 y 6.62.

Figura 6.61 Parámetros del tramo 1

Figura 6.62 Parámetros del tramo 2

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(b)

• Transformador. Para modelizar el transformador se hace uso de la subrutina BCTRAN. Esta subrutina ya se ha explicado en el ejemplo 2 de este mismo capítulo, por lo que únicamente se presentan los parámetros calculados a partir de los datos de partida proporcionados (Figura 6.63).

Figura 6.63 Parámetros

del transformador

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pptitrya IIQMIDriW

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(a) (b)

·~

Adicionalmente, como se dispone de tres ensayos de vacío, en este caso se considera la saturación del transformador mediante una inductancia exter­na. Por eso, en la ventana de la Figura 6.63 (a), se ha seleccionado la opción Positive core magnetization ~ Externa! Lm. De este modo, la subru tina considera únicamente la componente resistiva de la corriente de vacío para obtener el valor de la rama de pérdidas en el hierro. Además, en la pestaña Open circuit de la Figura 6.63 (a), se escriben los datos correspondientes a los t res ensayos de vacío realizados, y se indica que dichos datos están refe­ridos al devanado terciario (Performed at ~ TV) y que la rama de vacío se va a ubicar en bornes del devanado primario (Connect at ~ HV). Para incluir el efecto de la saturación, en bornes del primario del transfor­mador se conecta una inductancia no lineal (Branch Nonlinear ~ L(i) Type 93), cuya característica intensidad-flujo se define a partir de los ensayos de vacío realizados a diferentes tensiones. Además, para tener en cuenta la atenuación de la onda de intensidad en la simulación del transitorio de conexión del transformador, en serie con esta rama de magnetización satu­rable, se añade una resistencia de igual valor a la del bobinado primario (Figura 6.64).

L_SAT_A R1

Figura 6.64 Rama de saturación

Asimismo, para simplificar el modelo utilizado, en este ejemplo se hace uso de una de las funciona lidades del programa ATPDraw: la creación de un nuevo componente mediante la agrupación de otros componentes ya exis­tentes. En este caso, se agrupan todos los elementos que componen esta rama de saturación. Para ello, se seleccionan los elementos a agrupar y se elige la opción Edit ~ Compress del menú. Esta acción supone la aparición de una ventana de diálogo (Figura 6.65) donde todos los elementos que conforman el grupo se muestran con su denominación en el recuadro Objects, seguida por el símbolo «/» y por la eti­queta con la que Jos haya identificado el usuario. Seleccionando cada uno de los elementos en dicho recuadro, aparecen sus respectivos datos (en el campo Available del recuadro Data) y conexiones (en el campo Available del recua­dro Nodes). Todos estos datos y nudos se pueden defin ir como atributos del propio grupo seleccionándolos sin más(>>) en dichos campos. Además, en el caso de los nudos se debe especificar su posición en el icono que representa al grupo. El nombre de los parámetros seleccionados (datos y nudos) se puede editar haciendo doble clic sobre ellos en el campo Added to group. En este ejemplo, se seleccionan como atributos del grupo los parámetros curr y flux de todas las inductancias y el parámetro res de las tres resistencias. En

Simulación de Sistemas elédrlcos

Figura 6.65 Definición

de los atributos de un grupo

Compress Group ,.. Ob,ects

NUND931l_SAT_B NLIND93/L_SAT_C RESISTOR 1 Al _A RESISTOR 1 Rl_B RESISTOR 1 Rl_C SPLITTER

1 1

1

1

L ·-

.1 1

1

Data Avllllallle

FLUX/ 00

p Add nonlínear

Node• AvaWlle

To

EJ ,

Added to !JOUIY ~ ii~ FLUX l:.w:el l rGJ CURA

FLUX CURA FLUX RES RES RES

=e '= P' Ncrine111¡y

Added to group.

21 lN

~ fOlltlon [113

o J ' 2

' ·-·

cuanto a los nudos externos del grupo, se seleccionan el neutro de la estrella formada con las inductancias (From) y el nudo trifásico del splitter (IN). El primero de ellos se edita en el campo Added to group y se renombra como LN. Asimismo, mediante el menú desplegable (Position) situado en la parte inferior derecha de la ventana, se especifica la ubicación de estos nudos en el icono del grupo (posiciones S y 11 respectivamente). Además, al agrupar elementos no lineales, es posible asignar externamente una misma característica no lineal a un máximo de tres elementos. Así, en este ejemplo, al seleccionar las inductancias no lineales utilizadas, se mar­can las opciones Nonlinearity y Add nonlinear. Una vez definido y validado el grupo, el conjunto de elementos agrupados aparece representado por un único icono que se puede utilizar como un com­ponente más de ATPDraw. Al abrir su ventana de diálogo, aparecen los pará­metros y nudos definidos como externos, con los nombres que se les haya asignado y con los valores por defecto definidos en las ventanas de diálogo de sus respectivos elementos, antes de ser agrupados. Para poder modificar el valor de los datos que no se hayan definido como atributos del grupo, es nece­sario editar el grupo (Edit ~ Edit Group) y abrir la ventana de diálogo del pro­pio elemento. Una vez realizados los ajustes y modificaciones necesarias, se vuelve al circuito del nivel superior, mediante la opción Edit ~ Edit Circuit. Finalmente, indicar que para modificar los atributos del grupo, este se debe desagrupar (Edit ~ Extract) y, posteriormente, se debe volver a crear un nuevo grupo con las modificaciones deseadas. En este ejemplo, es necesario definir el valor de la resistencia R

1 y la carac­

terística intensidad-flujo de las inductancias no lineales. La resistencia del devanado primario a la temperatura de 75°C es la siguiente:

R75"C = R28"C · 234'5 + ?S = 0 7066 · 309' 5

= 0 83311S(D.) 1 1 234,5 + 28 , 262,5 ,

Para el cálculo de las inductancias saturables, que representan la· curva de sa­turación del transformador, se emplean los botones View + y Copy + de la ventana de la Figura 6.63 (a). Seleccionando la opción Lm-rms del recuadro View /Copy que aparece en la pestaña Open circuit, y pulsando el botón View + , se muestra la curva tensión-intensidad de magnetización, en valores eficaces (Figura 6.66). Al repetir la operación anterior, con la opción Lm-flux seleccionada, se obtiene la correspondiente curva flujo-intensidad, en valores de pico (Figura 6.67).

~.Vrew Nonhnearrty ~~EJ

87.6 l!'!'l! ~VJ _1

_______ - , - ______

1 ______ _

85.6

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4 .5 5114 604.3 697.2 ~1

334.5 E~l!!i!k~~ rvt~·Il __________________ -

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385.6

376.6

367.6 ' ' 1 1 1 -------- ----~--------,-------· 1 1 1 1

x·a m 141 8.479051

1790.060811

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P11§l..wr

¡o.59181B75

1358.660528 '

max: 1334.526581

r ~ogsca~e

P'~ 1 ~) Copy wml 1 358.'-f:__ __ _._ _ __._ ___ _._ __ _.....

1.4 1.7 1 --=---.........!--=:;---=

.6 0.9 11

Figura 6.66 Característica tensión-intensidad

Figura 6.67 Característica flujo-intensidad

La curva de la Figura 6.67 es necesaria para definir la característica no li­neal de las inductancias saturables. Por ello, en la ventana de la Figura 6.63 (a), se selecciona la opción Lm-flux del recuadro View/Copy y se pulsa el botón Copy +.A continuación, tras cerrar esta ventana, se accede a la pes­taña Characteristic de la ventana de diálogo del grupo antes creado y se pulsa el botón Paste. Automáticamente, los valores de la curva flujo-intensi­dad correspondientes al transformador aparecen reflejados en la caracterís­tica de saturación de dicho grupo. En definitiva, los parámetros que caracterizan al grupo creado para simular la saturación del transformador son los que se indican en la Figura 6.68. Asi­mismo, para modificar la representación gráfica del nuevo grupo, se hace clic sobre el icono que aparece en la parte inferior izquierda de la ventana de diálogo.

Figura 6.68 Parámetros

del grupo

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"'"' "'""""" .. ..J ... 01131"

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(a)

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(b)

Finalmente, es importante indicar que si se selecciona la opción Auto-add nonlinearities, que aparece en el recuadro Structure de la Figura 6.63 (a) cuando está activa la opción External Lm, el programa ATPDraw incorpo­ra automáticamente inductancias saturables del tipo 98 al generar el fiche­ro fuente .atp. Por lo que no sería necesario introducirlas manualmente, tal y como se ha hecho en este ejemplo. Sin embargo, esta opción no permite tener el control sobre el estado inicial de las inductancias, ni incluir resis­tencias en serie con las mismas. Por otro lado, cuando se desea tener en cuenta el ciclo de hitéresis en la magnetización del núcleo, es necesario uti­lizar o tro tipo de inductancias. Por lo que tampoco en este caso se puede apli car la opción Auto-add nonlinearities.

• Batería de condensadores. En este ejemplo, la batería de condensadores es considerada de forma conjunta como una unidad, es decir, no se ha previs­to la operación con escalones de capacidad. Así, cada fase de la batería se modeliza mediante un único condensador monofásico (Branch Linear => Capacitar) de capacidad equivalente a la del conjunto de la fase (20,24 ~F) .

Por otro lado, los condensadores se consideran como capacidades puras sin resistencia adicional. Por ello, en la ventana de diálogo de los condensado­res es necesario anular el factor de resistencia serie (Ks).

• Cargas. Las cargas del sistema se modelizan mediante cargas trifásicas gené­ricas, conectadas en estrella (Branch Linear~ RLC-Y 3-ph), cuyos valores de R, L y C se calculan a partir de Jos datos disponibles (P, Q y U), supo­niendo nula su componente capacitiva. De este modo, aplicando las expre­siones siguientes, se obtienen los resultados de la Tabla 6.19.

R = Zcoscp tgcp = QJP S = y p z + Qz X = Zsencp Z = V2/S L = XI27Tf

Tabla 6.19. Parámetros RL de las cargas

Carga

SE 1 SE 2 SE3

R(fi)

2916 1538

715,54

L (mH)

3853 4092

865

Los valores calculados se introducen en las ventanas de diálogo correspon­dientes a las cargas de cada una de las subestaciones, tal y como se ha expli­cado en el ejemplo 1 de este mismo capítulo (ver Figura 6.33).

• Otros elementos. A fin de facilitar la realización de diferentes simulaciones con el mismo circuito, se utilizan interruptores trifásicos de apertura y cierre controlados por tiempo (Switches ~ Switches time 3-ph). De esta manera, es posible aislar o conectar los diferentes componentes del circuito de acuer­do a las necesidades de cada simulación, definiendo los tiempos de opera­ción de cada interruptor en sus respectivas ventanas de diálogo (Figura 6.69).

Componen!: Swrt_3xt sup f3 8ttributes J

DATA j VALUE NODE IPHASE ~NAME JI T-cll 002 INl IABC T -op_l Jt OUT1 IABC 1 T-cL2 - ) 0.02 T-op_2 1

T.cJ_3 002

T-op_3 1

!mar o

j¡roup No lo LaQel 1.

Co¡nment ISE1 lnteuuptor de línea

o~

1 ~H~ lt · Cuuent 3 Figura 6.69 Parámetros de un interruptor trifásico controlado

~ QK tancfll tlelp

. ·--~:?--~-~..........,..;----.... .... .. '····· '"t·,··· ~ .... .......... .. .. .... . ... . .......... ... .... . .. . ... . . ... .. .......... .. , ........ ... ...... ............. .

Por último, se efectúan las conexiones necesarias para completar el circuito estudiado, se definen los nombres que identifiquen los nudos del sistema y se especifican aquellas magnitudes cuyos resultados se desee obtener como salidas de la simulación. Para llevar a cabo este último cometido, se hace uso tanto de elementos de medida como de las opciones recogidas en las propias ventanas de diálogo de cada componente. En concreto, se utilizan sendos voltímetros del tipo Probes & 3-phase => Probe Volt para registrar la evolución de las tensiones fase-tierra en la barra de SE 3 y en el secundario del transformador. Por su parte, para medir la tensión soportada por cada fase de la batería de conden­sadores, se opta por seleccionar la opción 2 - Voltage existente en el menú desplegable Output que aparece en la parte inferior de las ventanas de diálo­go de los condensadores equivalentes. Por último, para medir las intensida­des que circulan por el circuito, se selecciona la opción 1 - Current existente en el menú desplegable Output de las ventanas de diálogo de los interrupto­res correspondientes a cada caso. En este ejemplo, se registran las corrientes de entrada a la línea en SE 1 (Figura 6.69) y en SE 3, las absorbidas por el pri­mario del transformador y las absorbidas por la batería de condensadores. Automáticamente, junto a cada uno de estos elementos aparece una señal recordatoria, indicando las magnitudes relativas al mismo que se están regis­trando.

8.5.1 Simulación y resultados

Una vez construido el modelo del sistema, se está en condiciones de simular su comportamiento en las distintas circunstancias que se pudieran presen tar. En este ejemplo se simulan dos situaciones distintas y en ambos casos se sigue el mismo procedimiento.

• En primer lugar, se definen los tiempos de actuación de los diferentes inte­rruptores, seleccionando la topología particular del sistema y las maniobras efectuadas sobre él.

• A continuación, se configuran los parámetros del proceso de simulación (ATP => Settings) y se genera el correspondiente fichero fuente con exten­sión .atp (ATP => Make File As).

• Posteriormente, dicho fichero se compila con ATP. • Finalmente, los resultados registrados en el fichero .pl4 se visualizan me­

diante el programa de visualización gráfica PCPlot, según se ha explicado en el ejemplo 1 de este mismo capítulo.

Energización de la línea de transporte

La energización de la línea de transporte se va a realizar en vacío. Esto es, durante la simulación se mantienen abiertos todos los interruptores, a excepción de Jos interruptores ubicados en los extremos de la línea y el interruptor de red en la subestación SE l. Los tiempos de operación de los interruptores se definen como se indica a continuación:

• Interruptor de red ubicado en SE 1 y de final de línea en SE 3: cerrados en todo momento (por ejemplo, con los parámetros: T-cl = - 1 s y T-op = 1 s).

• Interruptor de línea en SE 1: se cierra a los 0,02 s (T-cl = 0,02 s y T-op = 1 s). • Resto de interruptores: abiertos en todo momento (por ejemplo: T-cl =

T-op = 1 s) .

En cuanto al propio proceso de simulación, la parametrización a efectuar depende en gran medida de la precisión deseada. Lógicamente, se debe tener en cuenta que, a mayor precisión, el intervalo de tiempo para la integración numé­rica (delta T) será menor y, por lo tanto, el tiempo necesario para completar el proceso de simulación se verá incrementado en la misma medida. En este ejem­plo no se utilizan unos ajustes excesivamente exigentes. Pero se propone al lector la repetición de estas simulaciones utilizando tiempos y ajustes más restrictivos, de modo que pueda observar la influencia de estos parámetros sobre aspectos de gran importancia práctica, como son los tiempos de ejecución de la simulación, la precisión en los resultados y la mayor o menor discretización de las señales en los resultados gráficos. En concreto, en el ejemplo se mantienen los valores que aparecen por defecto en ATP ==> Settings, excepto:

• Tiempo de integración numérica: delta T = 1 E-S s. • Duración de la simulación: Tmax = 0,1 s. • Frecuencia de salida gráfica: Plot freq = S.

Efectuada la simulación, los resultados obtenidos se analizan gráficamente. A modo de ejemplo, en la Figura 6. 70 se presentan las curvas correspondientes a las tensiones en el extremo receptor de la línea, en SE 3. En ella se puede observar cómo, al cerrar el interruptor en el momento en que la fase R pasa por un máxi­mo, las mayores sobretensiones se producen en esa misma fase y se llega a dupli­car el valor que la tensión en dicho punto del sistema alcanza finalmente para el régimen permanente (valor de pico de la tensión fase-tierra igual a 108 kV).

Figura 6.70 Tensiones en el extremo receptor de la línea (SE 3)

Del mismo modo, en la Figura 6.71 se muestra el transitorio que presentan las intensidades de entrada a la línea, en SE 1, para esas mismas condiciones.

Figura 6.71 Intensidades de

entrada a la línea, en SE 1

En este punto, el lector puede observar la influencia que tiene el instante en que se inicia la energización de la línea sobre estas variables. Para ello, basta con modi­ficar el instante de cierre del interruptor de línea ubicado en la subestación SE l. También se propone al lector que compruebe el efecto de llevar a cabo la energiza­ción de la línea con una o varias cargas conectadas.

Conexión del banco de condensadores

En este caso se parte de una situación en la que el sistema trabaja en régimen permanente, con la totalidad de las cargas conectadas. Ante la caída de tensión en barras de la subestación SE 3, se conecta la batería de condensadores. Para ello se establece la siguiente secuencia de tiempos:

• Interruptor de la batería de condensadores: se cierra cuando la fase R pasa por un máximo de tensión (T-cl = 0,04 s y T-op = 1 s).

• Resto de interruptores: cerrados en todo momento (T-cl = - 1 s y T-op = 1 s).

En lo que se refiere a los ajustes del proceso de simulación, se aumenta su duración hasta los 0,16 s y se mantiene el valor del resto de los parámetros.

Así, se comprueba que la tensión en las barras de la subestación SE 3 ha caído desde una tensión eficaz entre fases de 132,27 kV en vacío (valor de pico fase-tie­rra, 108 kV) hasta los 127,9 kV (104,43 kV) cuando todas las cargas del sistema están conectadas. Del mismo modo, en la Figura 6.72 se puede apreciar que, al conectarse la batería de condensadores, la tensión en barras se recupera en parte y alcanza el valor de 130,62 kV (106,65 kV) en el régimen permanente. Es decir, la conexión de la batería de condensadores proporciona un incremento del 2,06 por cien sobre la tensión nominal de 132 kV.

[kV] [6 [4

100

50

-50

-100

Figura 6.72 Tensiones en el extremo receptor de la línea (SE 3)

Si se analiza la evolución de las tensiones soportadas por la batería de conden­sadores a lo largo del transitorio de conexión (Figura 6.73), se observa que la fase R es la que sufre la mayor sobretensión y alcanza unos valores de pico de 63 010 V y - 60.625 V de tensión simple por fase, lo cual supone una sobretensión del 1,7 p.u.

[kV] [3

60 IT [3

40

20

o

-20

Figura 6.73 -40 Tensiones en la

batería de -60 condensadores

t[ms] :: CFB -CN -CN

Por último, como ampliación del estudio realizado, se propone al lector la simulación del transitorio correspondiente a las siguientes maniobras:

• Conexión del transformador en vacío con la línea ya energizada. • Energización de la línea con el transformador conectado. • Conexión fallida de la batería de condensadores. Para este caso, conectar a

tierra el neutro de la batería de condensadores y observar la evolución de

~___:.....;~:_~ ........... __..._... ... • '¡-- ••• f • ¡. ~-.Jo'"i ..... ~ •. ,.~-ll1··· .. ....... .. :. ···:;:: :!:·:: ••. : . . ~:~··~--: .:••: :... :·.:s

las tensiones en cada fase de la batería. Suponer una maniobra con la siguiente secuencia: se cierran las fases R y S (por ejemplo a los 10 ms y 15 ms respectivamente) mientras que fa lla el cierre de la fase T que permanece abierta; en vista de las anomalías detectadas en la conexión, se abre el inte­rruptor de la batería a los 160 ms.

9 Bibliografía l. Kizilcay, M., y Prikler, L. (2000). ATP-EMTP Beginner 's Guide for EEUG Members.

2. Bonneville Power Administration (1995). EMTP Theory Book.

3. ATP/EMTP Web Site, http://www.emtp.org/ .

4. Canadian/American EMTP Users Group, http://www.ece.mtu.edu/atp/.

S. European EMTP-ATP Users Group Assoc (EEUG), h ttp: //www.eeug.org.

6. Dube, L. (1996). MODELS in ATP, Language manual.

7. Canad ian/American EMTP User Group. {1987-1998). ATP-EMTP Rule Book.

8. Hoidalen, H. K. (2002). ATPDraw (or Windows. User 's Manual. SINTEF Energy Research. Trondheim , Noruega.