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7/25/2019 (a) Analisis de Armonicos y Fluctuaciones de Voltaje en Un Sistema de Alimentacion Para Tranvia Mediante PSCAD

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Facultad de ingeniera elctrica y electrnica Universidad Pontificia Bolivariana

ANLISIS DE ARMNICOS Y FLUCTUACIONES DE VOLTAJE EN UN SISTEMA DEALIMENTACIN PARA TRANVA MEDIANTE PSCAD

Daniel Longas Snchez

Universidad Pontificia Bolivariana, Cir. 1 #70-01, Medelln, Colombia,[email protected], tel. (+574) 2309006.

Resumen: El presente trabajo pretende analizar un sistema de alimentacin paratransporte pblico sobre una ruta establecida como Corredor Verde de la Carrera 7mediante simulaciones en PSCAD que permita evaluar los armnicos y lasfluctuaciones de voltaje y verificar si cumple o no con los estndares internacionalesms relevantes de Calidad de la Potencia como la IEC 61000 3-7 e IEEE 519. Copyright 2009 UPB.

Abstract: This paper attempts to analyze a feeding system for public transport on anestablished route as Green Corridor Carrera 7 through PSCAD simulations to evaluatethe harmonics and voltage fluctuations and verify whether it meets relevantinternational standards to the Power Quality as the IEC 61000 3-7 and IEEE 519.Copyright 2009 UPB.

Keywords: Electrical Network, Quality Power, Traction Systems.

1.

INTRODUCCIN

El desarrollo de sistemas para traccin elctricahan sido de gran inters en la ltima dcada,puesto que son consideradas como mediosalternativos de transporte pblico amigables conel medio ambiente, facilitando la movilidad a los

lugares de trabajo y garantizando la expansin delas ciudades. Los tranvas y trolebuses puedentransitar por vas pblicas siendo ms amigablescon el entorno urbano que otras alternativasconvencionales como los buses de motor decombustin. Por otro lado en trminosenergticos, Colombia podra aprovechar losrecursos hdricos que posee, para generar energa

elctrica que permita alimentar estas nuevascargas.

El sistema de alimentacin se basa ensubestaciones de traccin , las cuales secomponen de tres partes fundamentales: unaentrada de alta tensin, un transformador de

traccin y uno o varios grupos de rectificadores,que convierten la corriente alterna en corrientedirecta y, posteriormente estn las lneas decontacto, que alimentan el bus elctrico.

Al implementar una nueva carga como un sistemade traccin para transporte pblico, pueda generarun impacto significativo sobre la red de energa,afectando la calidad de la potencia debido a la


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incidencia de cargas no lineales y variacionesconstantes en la carga. Para lo cual se buscaanalizar el sistema en diferentes condiciones dedemanda donde los transformadores y demsequipos de potencia puedan satisfacer lasnecesidades del sistema, sin sobrecargas, parosindeseados, mal funcionamiento, apagones y

alteraciones a la integridad fsica de la misma.El sistema de alimentacin se simula mediantePSCAD-EMTDC, el cual permite hacer unaplaneacin y obtener resultados de forma gil yeficiente, donde se puedan evaluar los armnicosy fluctuaciones de voltaje que puedan presentarsetomando como referencia los estndares de la IEC61000-3-7 e IEEE 519.

De ahora en adelante se va a referir a tranva ytrolebs de manera indistinta, debido a queposeen caractersticas elctricas similares solo

difieren en la parte del diseo mecnico y que eltrolebs no posee carriles a diferencia del tranva.

En la seccin 2 se explica sobre los componentesde un sistema de traccin, en la 3 se enuncian loscalificadores e indicadores de la calidad de lapotencia, en la siguiente se detallan lascaractersticas del sistema de transporte elctricopor la 7, en la 5 se estudia el caso base paraanlisis de armnicos, en la 6 se trata el casoparticular con parmetros operaciones quepermita calificar fluctuaciones de voltaje yflicker

y, finalmente, se presentan las conclusiones.

2.

SISTEMAS DE TRACCIN

A continuacin se indican los diferenteselementos que se compone un sistema dealimentacin modo que permita disear el caso deestudio.

2.1. Subestacin de traccin elctrica en CD

Transforman la energa de las lneas elctricas aniveles de tensin menores mediantetransformadores y se hace una conversin decorriente de corriente alterna (CA) en corrientecontinua (CC) mediante rectificadores estticosde energa. El procedimiento se realiza por mediode puentes rectificadores de IGBT o diodos de 6,12, 24 o ms pulsos, conectados en paralelo o enserie. En la figura 1 se muestra la forma deconexin de un puente de diodos de 6 pulsos.

El orden de armnicos es proporcional al nmerode pulsos, es decir, entre mayor sea el nmero depulsos, mayor ser el orden de los armnicosinyectados a la red, lo cual se traduce en un THDmenor, mejorando la calidad de la potencia [1].

En la conexin en serie de dos puentesrectificadores cada uno de ellos funciona deforma independiente, por lo cual la magnitud deonda de voltaje en los secundarios deltransformador puede ser de diferente magnitud, yen la salida de los rectificadores se suman lasondas de voltaje. Para la conexin en paralelo lasondas de voltaje que alimentan los rectificadoresdeben ser de igual magnitud y con desfase de 30.

De acuerdo a la RENFE el rgimen de cargapuede ser 100%, 150% y 300%,permanentemente, durante dos horas cada seis

horas y cinco minutos cada veinticuatro horasrespectivamente. Estos valores permitensobredimensionar los equipos del que conformanla subestacin de traccin que permiten garantizarla fiabilidad del sistema.

2.2.Lnea area de contacto

Conjunto de conductores suspendidos deestructuras a los largo del recorrido permitiendoel suministro de energa al bus elctrico. Seemplean normalmente conductores de cobre oaleaciones de este [2].

2.3.Motores

Encargados de convertir la energa elctrica enmecnica, permitiendo el desplazamiento del buselctrico. Es ms comn emplear motores detraccin de corriente alterna debido a su robustez

Fig. 1. Esquema de puente rectificador de 6pulsos.


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y a su bajo costo en inversin, por lo cual sedeben incorporar inversores CD-CA.

2.4. Circuito de retorno

Puede ser por medio de carriles o por medio deun hilo de contacto adicional.

3.

CALIDAD DE LA POTENCIA (CPE)

Se encarga de estudiar problemas causados por ladesviacin de la tensin, corriente o frecuencia desus valores ideales.

3.1. Calificador de la CPE

Son las caractersticas fsicas de la potenciaelctrica que permiten calificarla. Resultan delanlisis fsico de su impacto en el sistema de

potencia, los usuarios y los seres vivos engeneral [3]. Los calificadores a emplear son el

flicker, las fluctuaciones de tensin y contenidode armnicos.

Flicker. Inestabilidad de la sensacin visualinducida por estmulos de luz en los cualesflucta la luminosidad o la distribucin espectral[4].

Fluctuaciones de voltaje. Se produce por lasvariaciones de la carga, es decir, la cantidad detrenes que se encuentran cercanos a una mismasubestacin frenando o arrancando al mismotiempo.

3.2.Indicadores de la CPE

Cifras cualitativas o cuantitativas que indican elestado de un fenmeno calificador de la CPE [5].Los indicadores son el nivel de armnicos, ladistorsin armnica y el PST.

Armnico. Una componente sinusoidal de una

onda peridica o cantidad que posee unafrecuencia mltiplo de la frecuencia fundamental[6].

Distorsin armnica total (THD). La relacin dela raz cuadrada de los armnicos contenidos alvalor efectivo de la cantidad fundamental,expresado en porcentaje de la fundamental [7].

PST (Percepcin de corto plazo). Indica laseveridad de las fluctuaciones de voltaje yflicker.Es adecuada para perturbaciones causadas porfuentes individuales.

4.

CASO DE ESTUDIO

El proyecto consiste en desarrollar un corredorverde por la carrera 7 en Bogot el cual tendracarriles exclusivos para una flota de buseselctricos, que se moveran entre las calles 26 y170 [8], con una extensin aproximada de16.4Km.

Para la seleccin de los transformadores detraccin se debe conocer la potencia de lostrolebuses, especficamente la potencia dearranque y en estado estable, y la cantidad detrolebuses que pueden estar conectados a unamisma subestacin en condiciones normales de

funcionamiento. En este caso se toma como basela hoja de datos de los trolebuses empleados parael sistema de Quito como se observa en la figura2.

Para la simulacin esta curva se asume comocambios rectangulares en el tiempo, es decir, laslneas areas de contacto deben suministrar altrolebs 430A durante 4s (corriente de arranque)y 220A durante el tiempo que el trolebs sedemore en ir de una estacin a otra (corrientenominal). El frenado regenerativo no se tendr encuenta para los anlisis, sin embargo, no sedescarta su importancia para futuros estudios.

Fig. 2. Diagrama de marcha del trolebs a plenacarga. Tomado de VOSSLOH ElectricalSystems. (1995a) [9].


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Con lo distancia entre estaciones que correspondea 500m, el tiempo de parada igual a 20s, duracinde la corriente de arranque de 4s y velocidadmedia de los buses elctricos donde se emplea lamisma velocidad del sistema de trolebs de quitocorrespondiente a 16Km/h [10] se puededeterminar el tiempo entre estaciones el cual da

como resultado 88.5s.Mediante la relacin de la distancia entresubestaciones de traccin el cual se asume de1500m y la velocidad media se puede hallar eltiempo de recorrido entre subestaciones el cual esigual a 337.5s. Dividiendo ese valor por elperiodo de despacho el cual se asume de 120spermite hallar la cantidad de trolebuses quealimentara una subestacin de traccin en undeterminado momento y que es aproximadamente3, pero teniendo en cuenta que circulan en ambossentidos da un total de 6 buses.

Con el voltaje y corriente en el hilo de contacto sepuede determinar la potencia entregada altrolebs como indica la tabla 1.

Tabla 1. Voltaje, Corriente y Potencia entregadaal trolebs

Nmerode

buses

INominal.

(A)

IMx.(A)

Pnominal(KW)

PMx.(KW)

1 220 430 165 322.56 1320 2580 990 1935

En la tabla anterior se observa que la potencianominal para seis buses es de 0.99MW, pero si setiene en cuenta las perdidas en transformadores,rectificadores y dems elementos electrnicospara el control de los motores, adems de lapotencia destinada para servicios auxiliaresaproximada a 10KVA segn el sistema detrolebs de Quito y con el aumento en el periodode despacho de buses a futuro, adems delexcedente de potencia para subir las pendientes senecesitaran transformadores de traccin de

1.5MVA. En la figura 3 se observa la distribucinde las subestaciones de traccin y lassubestaciones de transformacin a las que sepueden conectar.

En la figura anterior las subestaciones de ms

centrales y cercanas a la ruta son Calle 51 yUsaqun las cuales pueden asumir la carga decinco y seis subestaciones de traccinrespectivamente, estas consideraciones tienencomo objetivo distribuir la carga de formaequilibrada, sin sobrecargas en lostransformadores principales como se validar enla simulacin. Sin embargo en condicionesnormales de funcionamiento toda la red seencuentra interconectada, es decir, entre las SETcinco y seis se encuentra una lnea de distribucincon el fin de garantizar la regulacin de voltaje,

incluso se plantea la posibilidad de emplear lasubestacin de la carrera 5 y Aranjuez sealadacon un crculo de color naranja, pero no se tendren cuenta en este trabajo.

Segn datos aportados por CODENSA acerca delas caractersticas de los transformadores de lasCalle 51 y Usaqun todos estn en disponibilidadpara alimentar las subestaciones de traccinutilizando una red de distribucin de Nivel 2,incluso permite la transferencia a otrotransformador de la misma subestacin

mejorando la confiabilidad del sistema en caso dealguna contingencia. La impedancia de secuenciapositiva de estos transformadores se asume del8%. Para las simulaciones se tiene en cuenta lostransformadores de menor disponibilidad loscuales corresponden a 10.4603MVA de Usaquny 12.4893MVA de Calle 51.

Fig. 3. Ubicacin de las subestaciones de traccinsobre la carrera 7.


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5.

CASO BASESe plantea un modelo que permita concentre lapotencia consumida por los 6 trolebuses a partirde laTabla 1.Para este caso se tiene en cuenta laslneas de distribucin,

5.1.Lnea de distribucin

Las lneas tienen un efecto considerable en laatenuacin de los armnicos. Dichas lneas seseleccionan de la hoja de datos del fabricanteCENTELSA teniendo en cuenta la ubicacin dela subestacin de transformacin y la corrientenominal mediante la siguiente ecuacin,

donde S, VLL, es la potencia aparente de la

subestacin de traccin en KVA y el voltajelnea- lnea de la red de alimentacin de corrientealterna en KV, respectivamente.

Para determinar la corriente nominal total queentrega el transformador principal se halla con lacorriente nominal multiplicado por la cantidad desubestaciones de traccin a alimentar que en estecaso se divide en cinco SET para Calle 51 y seispara Usaqun como se explic en el captuloanterior.

Se emplea cable ACSR desnudo, debido a la

resistencia que ofrece el ncleo de acero cuandola tensin mecnica es alta. En las tablas 2 y 3 semuestran las caractersticas de los cablesempleados.

Tabla 2. Caractersticas de los cables empleadospara el grupo de subestaciones de traccin

alimentados por Usaqun.I

(A)I

cable(A)b

(AWG/Kcmil)

RMG(m)

R CD @75C

(/Km)a

75,97 139 4 0.00205 1.613

151,93 184 2 0.00258 1.014227,9 241 1/0 0.00325 0.638227,9 241 1/0 0.00325 0.638151,93 184 2 0.00258 1.01475,97 139 4 0.00205 1.613455,8 519 336,4 0.00674 0.205

Nota fuente: adaptado de CENTELSA [11].

Tabla 3. Caractersticas de los cables empleadospara el grupo de subestaciones de traccin

alimentados por la Calle 51.I

(A)I

cable(A)

(AWG/Kcmil)

RMG(m)

R CD @75C

(/Km)a

75,97 139 4 0.00205 1.613

151,93 184 2 0.00258 1.014151,93 184 2 0.00258 1.01475,97 139 4 0.00205 1.613379,84 448 266,8 0.006 0.259

Nota fuente: ibid.

Las distancias entre fases son de 0.55m y 10.2mdel suelo de acuerdo a datos obtenidos enCODENSA [12]

Para modelar la lnea de distribucin se emplea el

Frequency Dependent (Phase)que es un modeloRLC distribuido para la onda viajera, incorpora ladependencia de la frecuencia de todos losparmetros mediante las matrices detransformacin internas. Este es el modelo de msprecisin numrica y robusta para lneas detransmisin y distribucin.

5.2. Grupo transformador- Rectificador

El rectificador est conformado por un puente dediodos trifsico no controlado de seis pulsos elcual adopta una configuracin en puente deGraetz.

El transformador tiene una potencia nominal de1.5MVA como se especific en la seccinanterior y una relacin de transformacin que sepuede determinar mediante la frmula de voltajemedio en un rectificador de seis pulsos con unaconmutacin instantnea si se supone un circuitoideal con una inductancia igual a cero en el ladode CA [13],

Teniendo el voltaje medio en CD del sistema sedespeja el voltaje en la entrada del rectificadorque da como resultado 555.55VAC en vacio, sinembargo al conectar la carga se presentan ciertascadas de tensin debido a la impedancia de lafuente que podra ser de 10%, por lo cual larelacin de transformacin sera de 11.4/0.61KV.

,3 LLV

SIred

(1)

LLLL VVVdo 35.123

(2)


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En cuanto a la reactancia de secuencia positiva deeste se asume del 5%, menor que la de lostransformadores principales aguas arriba. Eltrasformador tiene una conexin Yd11

5.3.Medida de armnicos

El rectificador de seis pulsos, produce armnicosimpares diferentes a los mltiplos de tres, deacuerdo a la siguiente ecuacin, [14],

1 kqh , (3)

donde ky q, es algn nmero entero y el nmerode pulso del rectificador respectivamente

En la simulacin se analiza en detalle losarmnicos de 5,7, 11y 13 siendo el 5 el msbajo y el ms perjudicial para el sistema. Tambinse evalan los armnicos producidos por la

corriente de magnetizacin de lostransformadores. Los lmites individuales y ladistorsin armnica total de voltaje (THDv) enporcentaje de voltaje permitido por la IEEE 519(1992) se muestran en la tabla 4.

Tabla 4. Lmites mximos de armnicosindividuales y THD

Tensin del SistemaArmnicoIndividual

(%)

THDVMximo (%)

Niveles de tensin1,2 y 3 3.1 5.0

Nivel de Tensin 4 1.5 2.5

STN 1 1.5

Nota fuente: adaptado de Institute of Electricaland Electronics Engineers [IEEE]. (1992). [15].

En la figura 4 se muestra el esquema para laobtencin de armnicos y THD en PSCAD.

5.4. Caracterizacin de la carga en SET

En este trabajo se van a analizar los armnicos enestado estable donde se presenta la mximademanda de potencia, la cual corresponde a cadauna de las subestaciones de traccinsuministrando la potencia nominal de 6trolebuses. Para caracterizar la carga que lasrepresenta se halla una resistencia equivalente pormedio de la ley de ohm donde la corrientenominal se obtiene de laTabla 1 y el voltaje es de750VCC a plena carga, por lo cual la resistenciaequivalente es de 0.568181.

5.5. Caracterizacin de la carga actual

Corresponde a los usuarios que estn conectadosactualmente a los secundarios de lostransformadores principales. La caracterizacin

de la carga se hace de acuerdo a la potenciaempleada actualmente, la cual corresponde a17.5107 y 19.5397MW para calle 51 y Usaqunrespectivamente de acuerdo a datos aportados porCODENSA [16] y cuyo factor de potencia es de0.8 para ambas cargas, por lo cual la impedanciaequivalente en fasores se halla de la siguientemanera,

S

VZ

LL

eq

2

,(4)

donde VLL y S* es el voltaje lnea-lnea en elsecundario del transformador y la potenciaaparente conjugada respectivamente.

Realizando los clculos se determina que lasimpedancias equivalentes son de 5,3208+

3.991 y 5,9374+4.453 para Usaqun yCalle 51 respectivamente. La parte realcorresponde a las resistencias y la parteimaginaria representa las reactancias las cualesexpresadas en trminos de inductancias para unafrecuencia de 60Hz, son de 0.01058 y 0.0118H

para Usaqun y Calle 51.

5.6. Simulacin Caso Base

Para la simulacin se tiene en cuenta lassiguientes consideraciones.

Fig. 4. Esquema para medida de armnicos enPSCAD.


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La duracin de la simulacin es de 5s, tiemposuficiente para obtener los armnicos enestado estable.

La conexin de alta para los transformadoresprincipales se hace suponiendo una barrainfinita, es decir, una fuente ideal de 115KV.

Se emplean cambiadores de tomas, con el finde mejorar la regulacin de tensin en lossecundarios de los transformadores.

Conexin Dy11 en transformadoresprincipales.

paso de tiempo de 2.5s.

5.7.Analisis de resultados del caso base

La regulacin de voltaje estuvo dentro de losvalores permitidos por la NTC 1340 para Niveles2 y 3 es de -10% y +5% respectivamente [17].

El cambiador de tomas se debe subir al 3% y3.5% para los transformadores de Calle 51 yUsaqun respectivamente, para garantizar que latensin en bornes del secundario de lostransformadores sea 11.4KVy mejorandoconsiderablemente la regulacin.

De acuerdo a los datos arrojados por lasimulacin (ver figura 5) el sistema cumple con

los criterios de la IEEE 519, para el cual no seranecesario reforzar los transformadores o emplearfiltros de armnicos para reducir el THD.

6.

CASO PARTICULAR

Partiendo de los datos calculados en los captulosanteriores se pretende hacer un anlisis msdetallado del sistema en donde se tienen en cuentala carga que representa cada trolebs mediante losparmetros operacionales i.e., no se asume la

potencia consumida por los trolebuses como unparmetro concentrado. En este caso no setendrn en cuenta los modelos de lnea debido aque estas actan como impedancias quedisminuyen la corriente de arranque y por ende laseveridad de la cada de tensin.

6.1. Carga variable en SET

Para evitar que dos buses elctricos que operan ensentido contrario arranquen o frenen al mismotiempo generando problemas de tensin, seadiciona un retardo en la salida del primerotrolebs de alguno de los dos sentidos conservadoel periodo de despacho. Este retardo se asume de30s.

Para simular la curva de corriente en el hilo decontacto en funcin del tiempo se logra mediante

dos resistencias en paralelo las cuales estnconectadas al principio demandando la corrientede arranque y luego se desconecta una de ellasconsumiendo la potencia nominal. En la figura 6se muestra el esquema de conexin de lasresistencias que represente los seis trolebusesalimentados por una subestacin de traccin.

Como se observa en la figura hay un par dedisyuntores (verdes) para cada trolebs,encargados de controlar la duracin de laconexin de las resistencias. R1 y R2, siendo R1la que demanda la potencia nominal y se calcula

Fig. 5. Figura 17. Armnicos individuales yTHD medidos para el caso base en PSCAD. Fig. 6. Esquema de conexin de las resistencias

que simulan la demanda de potencia para 6trolebuses de forma independiente


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de acuerdo a la ley de ohm con la corrientenominal y la tensin en el hilo de contactoobtenidas en la Tabla 1, que da como resultado3.4091, luego con la corriente mxima seobtiene una resistencia equivalente al paralelo deR1 y R2, igual a 1.7442, de la cual se puededespejar R2 cuyo resultado es de 3.5714. La

secuencia completa de funcionamiento del par dedisyuntores se describe en la tabla 5.

Tabla 5. Secuencia de funcionamiento de losdisyuntores que controlan R1 y R2.

Evento duracin(s)

Disyuntorde R1

Disyuntorde R2

Abordanpasajeros

20 Abierto Abierto

Corrientearranque

4 Cerrado Cerrado

Corriente

nominal

88.5 Cerrado Abierto

Adems de controlar el tiempo de funcionamientodel par de disyuntores que simulan la energaconsumida por cada trolebs, se debe sincronizartodo el sistema de tal forma que se generen losretardos que simulan el periodo de despacho decada uno ms el retardo para los que salen endireccin Sur-Norte. Esto se logra mediantebloques de wait for, start Sequence y flip-flopcumpliendo la siguiente ecuacin,

1)(_ ))1(*( ininntrolebssalida tntt

,

(5)

donde 1 n 3, entero, tin y tin1es el tiempo deespera para despacho de un trolebs y retardorespecto a los tranvas que transitan en sentidocontrario respectivamente. Por lo tanto el sistemacumple con los datos de la tabla 6.

Tabla 6. Secuencia de salida de los trolebuses enambos sentidos

Sentido salidatrolebs 1

(s)

Salidatrolebs 2

(s)

Salidatrolebs 3

(s)Norte-sur 0 120 240

Sur-Norte 30 150 270

6.2.Fluctuaciones de voltaje y Flicker.

La medida del flicker se hace en el punto deacople comn (PCC), que en este caso es a la

salida del nodo que alimenta la carga actual pormedio del transformador de Usaqun a 11.4KV yque de acuerdo a la clasificacin de voltaje de laIEC es de media tensin (MV). Se selecciona estetransformador porque es el que ms carga tieneconectada actualmente y puede ser mssusceptible a las fluctuaciones de voltaje. El

estndar evala los lmites de emisin mediante 3sin embargo como es la nica carga fluctuante aimplementar se descartan las otras etapas.

Se evala el PST mediante el mtodo analticocomo se indica en la siguiente ecuacin, [18]

2.3/12.3 ])100.(3.2[

Tp

dFPST ,

(6)

donde F, d, Tp, es el cambio rectangular, elcambio relativo de tensin en p.u. y el tiempo demuestreo respectivamente.

6.3. Simulacin caso particular

Para este caso se tiene en cuenta las siguientesconsideraciones.

La duracin de la simulacin es de 870s, elcual restado por el tiempo de salida del ltimotrolebs (ver Tabla 6) da 600s,correspondientes al tiempo de muestreo paramedida del P

STy en cuyo intervalo estn todos

los vehculos estn funcionando.

La conexin de alta para los transformadoresprincipales se hace suponiendo una barrainfinita.

Se emplean cambiadores de tomas con lamisma posicin del caso base.

El tiempo de paso para la simulacin es de10s con el objetivo de mejorar la precisin enla medida del voltaje RMS en el PCC.

6.4.Anlisis resultados del caso particular

Las fluctuaciones de voltaje para este sistema semuestran en la figura 7.


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Al realizar los clculos mediante la ecuacin 6con los datos obtenidos en la figura anterior sedetermin el PST, que igual a 0.1418. Este esmenor al lmite establecido por el estndar dondeno debe ser mayor a 0.9.

7.

CONCLUSIONES

Este proyecto sirvi de base para eldimensionamiento de las lneas de distribucin,subestaciones de traccin y anlisis de posiblessubestaciones donde se podra conectar el sistemade transporte elctrico en por la Carrera 7 a partir

de la ubicacin y la potencia disponible de lostransformadores.

Las subestaciones elegidas fueron las de Calle 51y Usaqun por su ubicacin ms central y cercanaa la ruta que ayuda a mejorar considerablementela regulacin de tensin en cada una de lassubestaciones y adems requiere lneas dedistribucin de menor calibre lo que se traduce enahorro de costos de inversin.

Estas dos subestaciones pueden entregar lapotencia necesaria para que el sistema funcioneadecuadamente, incluso en caso de contingencia,otro transformador puede asumir la carga graciasa que cada subestacin posee dostransformadores, lo que permite garantizar elcriterio N-1, sin embargo, en la realidad este sepodra considerar como un caso crtico debido aque se plantea la posibilidad de conectar dossubestaciones ms las cuales corresponde aCarrera 5 y Aranjuez.

Bajo las condiciones expuestas anteriormente yde acuerdo a los criterios de diseo expuestos eneste trabajo, las subestaciones de Calle 51 yUsaqun no pueden estar desconectadas duranteperiodos de tiempo mayores a los estipulados porla RENFE, en dichos periodo las subestaciones deCarrera 5 y Aranjuez asumiran la carga

sobrecargando las lneas de distribucinmomentneamente, esto es importante paradimensionar los equipos de proteccin.

Durante los casos de estudio se emplearonrectificadores de seis pulsos no controlados loscuales se podran considerar como la opcin mseconmica pero la menos confiable debido a lapresencia de armnicos de 5 y 7 nivel los cualesaumentan el valor del THD, sin embargo son unaopcin que no se puede descartar dentro de losestudios preliminares y as garantizar quecumplen con el estndar de la IEE 519 indiferente

de la cantidad de pulsos de rectificador.

La potencia necesaria para cada subestacin detraccin est relacionada directamente con lascondiciones de operacin del sistema entre loscuales estn el periodo de despacho entretrolebuses, distancia entre las subestaciones yestaciones de parada, velocidad media, duracinentre paradas y tiempo del recorrido incluyendoduracin de transitorios.

Los armnicos individuales y la distorsin

armnica total en estado estable, medidos a lasalida del secundario del transformador deUsaqun, no supera los lmites establecidos en lanorma IEEE 519.1992, los cuales tienen un valorde 1.6342 y 2.1365%. En este caso las lneas detransmisin actan como filtros naturales dearmnicos por las reactancias, adems el sistemaes lo suficientemente robusto para soportar losarmnicos. Por lo expuesto anteriormente no serequiere filtros de armnicos.

En cuanto a las fluctuaciones de tensin y flickercumplen con los lmites establecidos en la normaIEC 61000 3-7, donde el valor de PST obtenidopor el mtodo analtico en la etapa uno es de0.1418, al igual que se comprob por el por elmtodo grfico.

Para los anlisis de fluctuaciones de tensin no setuvieron en cuenta las lneas de transmisinpuesto que estas limitan la corriente entregada alas subestaciones de traccin, y por consiguiente

0 100 200 300 400 500 6006.54

6.545

6.55

6.555

6.56

6.565

6.57

6.575

6.58

tiempo(s)

Voltaje

(kV)

Fig. 7. Grfica de fluctuaciones de voltaje debidoal sistema de traccin elctrica por la Carrera 7


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limitando la potencia debido a su reactancia,adems la licencia del PSCAD educacional estabalimitada a doscientos nodos.

Aunque el modelo empleado permite hacer unabuena aproximacin a la realidad se recomiendatener en cuenta el frenado regenerativo, debido aque la energa entregada por un trolebs medianteeste sistema pueda ser aprovechada por otrovehculo durante el arranque o cuando estsubiendo una pendiente, disminuyendoconsiderablemente los picos de potencia, inclusose plantea la posibilidad de emplearultracapacitores los cuales pueden almacenar yentregar una gran cantidad de energa en pocotiempo y tienen una vida til mayor encomparacin con las bateras puesto que realizams de un milln de cargas y descargas, ademsson econmicos

El sistema de traccin elctrica por la Carrera 7puede ser incluso ms eficiente mediante uncontrol inteligente de despacho empleando elconcepto de Smart Gridque permiten gestionar lared elctrica como un conjunto.

AGRADECIMIENTO

El autor expresa sus agradecimientos al PhD.Andrs Emiro Dez, por su acompaamiento,dedicacin y enseanzas durante la elaboracinde este trabajo.

REFERENCIAS

[1] Moreno, R., Ros, M. A., Ramos, G. A., &Quintero, E. (julio - diciembre de 2009).Sistemas de alimentacin elctrica a sistemasde transporte masivo tipo metro., 13, pgs.423-437. Bogot.

[2] Llavina Juan, J. (Mayo de 2010). Diseo delas subestaciones elctricas de traccin ycentros de autotransformacin asociados de

una lnea ferroviaria de alta velocidad. Tesisde grado, Escuela Tcnica Superior,Barcelona.

[3][4][5][18] Diez, A. E. (2011). Calidad de laPotencia. Medelln, Antioquia, Colombia.

[6][7][14][15] Institute of Electrical andElectronics Engineers [IEEE]. (1992).Recomendaciones prcticas y requerimientosde la IEE para el control de armnicos en

sistemas elctricos de potencia. En IEEE.Estados Unidos.

[8] Revista Gobierno. (2009). Corredor de lastima costara 600 mil millones de pesos.Recuperado el 2011 de Agosto de 29, dehttp://www.revistagobierno.com/portal/index.php/politica/actualidad/7310-corredor-de-la-

septima-costaria-600-mil-millones-de-pesos[9] VOSSLOH Electrical Systems. (1995a). Duo-bus articulado con equipo de traccin decorriente trifsica de Kiepe para Quito -Ecuador. Dsseldorf, Alemania. Obtenido dehttp://www.vossloh-kiepe.com/electric-buses/trolleybuses/references/quito-ecuador/view?set_language=en

[10] Avils, F., Espinel, S., & Morales, E. (2005).Diseo elctrico de la extensin norte delsistema trolebs del distrito metropolitano deQuito. XIX Jornadas en IEE, 19, pgs. 219-229. Quito.

[11] CENTELSA. (s.f.). Productos: Aliminiodesnudo.Recuperado el 9 de Septiembre de2011, dehttp://www.centelsa.com.co/index.php?p=sections&plnt_sec=nosotros

[12] CODENSA. (1 de Noviembre de 1998).Distancias de construccin para circuitos de13.2-11.4 kV y B.T. Recuperado el 6 deSeptiembre de 2011, dehttp://www.codensa.com.co/documentos/6_20_2007_8_51_13_AM_LA%20006.pdf

[13] Mohan, N., Undeland, T. M., & Robbins, W.P. (2009). Electrnica de potencia (3 ed.).(T. W. Bartenbach, Trad.) Mxico, D.F.,Mxico: Mc Graw Hill.

[16] CODENSA. (Agosto de 2011).Subestaciones de Bogot. Bogot,Cundinamarca, Colombia.

[17] ICONTEC. (25 de 08 de 2008). NTC 1340.Tensiones y frecuencias nominales ensistemas de energa elctrica en redes deservicio pblico. Bogot, Colombia: InstituoColombiano de Normas Tcnicas yCertificacin (ICONTEC).
http://www.revistagobierno.com/portal/index.php/politica/actualidad/7310-corredor-de-la-septima-costaria-600-mil-millones-de-pesoshttp://www.revistagobierno.com/portal/index.php/politica/actualidad/7310-corredor-de-la-septima-costaria-600-mil-millones-de-pesoshttp://www.revistagobierno.com/portal/index.php/politica/actualidad/7310-corredor-de-la-septima-costaria-600-mil-millones-de-pesoshttp://www.revistagobierno.com/portal/index.php/politica/actualidad/7310-corredor-de-la-septima-costaria-600-mil-millones-de-pesoshttp://www.vossloh-kiepe.com/electric-buses/trolleybuses/references/quito-ecuador/view?set_language=enhttp://www.vossloh-kiepe.com/electric-buses/trolleybuses/references/quito-ecuador/view?set_language=enhttp://www.vossloh-kiepe.com/electric-buses/trolleybuses/references/quito-ecuador/view?set_language=enhttp://www.vossloh-kiepe.com/electric-buses/trolleybuses/references/quito-ecuador/view?set_language=enhttp://www.centelsa.com.co/index.php?p=sections&plnt_sec=nosotroshttp://www.centelsa.com.co/index.php?p=sections&plnt_sec=nosotroshttp://www.centelsa.com.co/index.php?p=sections&plnt_sec=nosotroshttp://www.codensa.com.co/documentos/6_20_2007_8_51_13_AM_LA%20006.pdfhttp://www.codensa.com.co/documentos/6_20_2007_8_51_13_AM_LA%20006.pdfhttp://www.codensa.com.co/documentos/6_20_2007_8_51_13_AM_LA%20006.pdfhttp://www.codensa.com.co/documentos/6_20_2007_8_51_13_AM_LA%20006.pdfhttp://www.codensa.com.co/documentos/6_20_2007_8_51_13_AM_LA%20006.pdfhttp://www.centelsa.com.co/index.php?p=sections&plnt_sec=nosotroshttp://www.centelsa.com.co/index.php?p=sections&plnt_sec=nosotroshttp://www.vossloh-kiepe.com/electric-buses/trolleybuses/references/quito-ecuador/view?set_language=enhttp://www.vossloh-kiepe.com/electric-buses/trolleybuses/references/quito-ecuador/view?set_language=enhttp://www.vossloh-kiepe.com/electric-buses/trolleybuses/references/quito-ecuador/view?set_language=enhttp://www.revistagobierno.com/portal/index.php/politica/actualidad/7310-corredor-de-la-septima-costaria-600-mil-millones-de-pesoshttp://www.revistagobierno.com/portal/index.php/politica/actualidad/7310-corredor-de-la-septima-costaria-600-mil-millones-de-pesoshttp://www.revistagobierno.com/portal/index.php/politica/actualidad/7310-corredor-de-la-septima-costaria-600-mil-millones-de-pesos

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