SISTEMAS ELÉCTRICOS DE POTENCIA II

ASP2

Manual del Usuario.

Profesor: Ing. Carlos Luís Rondón Graterol

Participante:

Arraiz Carlos J. C.I. Nº 9.177.269 Maya M. Luis E. C.I. Nº 9.172.040

Valera, Mayo del 2.010.

ACERCA DEL ASP. ¿Qué es el ASP? El programa ASP, es un software en plataforma Windows con una poderosa interfaz gráfica, altamente amigable al usuario; que permite emprender los siguientes estudios:

Cálculo de Corrientes de Cortocircuito (short circuit). Cálculo de Rupturas de Líneas. Cálculo de flujo de carga (load flow). Cálculo de Estabilidad Transitoria.

Esta herramienta fue concebida en primera etapa, para que el procedimiento cálculo del módulo de corrientes de cortocircuito fuera estandarizado y convalidado bajo alguna normativa internacional, lo que contribuiría a atribuir carácter formal a la herramienta. Así por conveniencia se tomo la norma europea del Comité Electromecánico Internacional, específicamente el estándar IEC-60909. Por otra parte, el modulo de flujo de carga fue desarrollado con el uso de los dos poderosos, pero elementales métodos numéricos: Gauss-Seidel y Newton Raphson, lo cual contribuyo a generar resultados de alta confiabilidad en precisión y una convergencia acelerada, hasta aquí se tiene la versión 1.0 del ASP. En una segunda etapa se anexó ha esta potente herramienta, el modulo de cálculo de estabilidad transitoria, el cual incluye el estudio con o sin los elementos de control de los generadores (Sistemas de Excitación y Gobernadores de Velocidad), conformando así la versión 2.0 del ASP Luego en una tercera etapa, se desarrolló la implementación de un módulo de cálculo de corrientes de cortocircuito estudiantil o clásico, un módulo de cálculo de corrientes de cortocircuito según las normas ANSI C.37, este módulo permite el cálculo de corrientes de primer ciclo y de interrupción simétricas y asimétricas para sistemas de alto, medio y bajo voltaje; un módulo de cálculo de parámetros eléctricos de líneas aéreas y subterráneas, y un módulo de base de datos, conformando así la versión 3.0 del ASP. ASP VERSIÓN 1.0. Esta primera versión fue elaborada por el CAP(Ej.) José Urdaneta Sánchez y por el Bachiller Frednides Guillén como trabajo especial de grado para obtener el título de Ingeniero Electricista mención Potencia y consta de un programa que realiza cálculos de cortocircuito y Flujo de Carga.

Fue realizada sin fines comerciales, por lo que ningún compromiso o responsabilidad podrá involucrar a los autores, por daños causados debido al uso de este programa o interpretación de los resultados. ASP VERSIÓN 2.0. Esta Versión fue elaborada por el Bachiller Kenny Cadena y por el Bachiller Luis Verenzuela como trabajo especial de grado para obtener el título de Ingeniero Electricista mención Potencia, la cual consta de la inclusión al programa previamente diseñado (ASP Versión 1.0), de un modulo de Estabilidad Transitoria. ASP VERSIÓN 3.0. Esta Versión fue elaborada por el Bachiller Leonard Caridad y por el Bachiller Carlos Rodríguez como trabajo especial de grado para obtener el título de Ingeniero Electricista mención Potencia, la cual consta de la inclusión al programa previamente diseñado (ASP Versión 2.0), de un módulo de cálculo de cortocircuito trifásico bajo la norma ANSI/IEEE C37, un módulo de cálculo de constantes de líneas (MCCL), un módulo de cálculo de constantes de Cables (MCCC) y un módulo de base de datos para el ASP y los módulos diseñados. INSTALACIÓN DEL ASP. ASP se distribuye en un instalador, el cual instala automáticamente los archivos necesarios para el funcionamiento del ASP y los módulos del mismo, (Módulo de Cálculo de Constantes de Líneas MCCL, Módulo de Cálculo de Constantes de Cables MCCC y el Módulo de Base de Datos), en el directorio especificado por el usuario. Basta con ejecutar el programa Setup.exe y especificar la ruta de instalación. No se requiere acciones adicionales. REQUERIMIENTOS DEL PROGRAMA.

o Procesador Pentium o superior. o 32 MBytes de memoria RAM. o Sistema operativo Windows 98o superior. o Tarjeta gráfica SVGA en modo 800x600 (mínimo). o 25 MBytes de espacio disponible en disco duro.

CARACTERÍSTICAS DEL ASP. Generales: Hasta 22500 barras o nodos. Número de transformadores, cables, líneas y demás componentes ilimitado. Varios sistemas pueden simularse en un mismo proyecto. Fácil instalación. Archivos altamente compactos. Alta velocidad de cómputo. Bajos requerimientos de memoria RAM y de disco duro. Reporte instantáneo en formato RTF. Ubicación de la barra base y valores base a voluntad del usuario.

Visuales: Encuadre en tiempo real. Zoom en tiempo real. Rejilla configurable. Zoom de área y panorámico. Colores y fuentes configurables. Apertura y cierre de interruptores en forma gráfica. Enrutamiento automático de las conexiones. Empleo de colores para cada nivel de tensión, totalmente configurable.

MENÚ: GENERALIDADES. El menú principal del programa está constituido por cinco partes, donde usted encontrará todas las opciones básicas del programa.

Para una descripción mas detallada de cada uno de los sub-menús que componen al menú principal haga clíck en los siguientes enlaces:

Menú Archivo

Menú Edición

Menú Ver

Menú Simulación

Menú Ventanas

MENÚ ARCHIVO.

En el menú archivo, usted podrá realizar las siguientes operaciones:

MENÚ EDICIÓN.

- Deshacer: Invierte el último comando o elimina la última entrada que haya realizado. El nombre del comando cambia a Imposible deshacer si no se puede deshacer la última acción (no está disponible).

- Cortar: Quita la selección del proyecto - Copiar: Copia la selección del proyecto. - Pegar: Inserta el contenido copiado o cortado del proyecto en el punto

de inserción. Eliminar: Elimina la selección sin ponerla en el Portapapeles.

- Seleccionar todo: Selecciona todo el dibujo del proyecto. - Copiar al portapapeles: Copia todo el proyecto o una selección del

mismo en el portapapeles. MENÚ SIMULACIÓN.

- Ejecutar: Inicia los cálculos.

- Configurar: Se configura el tipo de estudio a realizar. - Cargar resultados del CC: (no disponible) - Cargar resultados del FC: (no disponible)

- Ver datos del sistema: Se muestran los datos del sistema en por unidad.

MENÚ VENTANAS.

- Vertical: Muestra todas las ventanas del proyecto en forma vertical. - Horizontal: Muestra todas las ventanas del proyecto en forma

horizontal. - Cascada: Muestra todas las ventanas del proyecto en forma de

cascada. MENÚ VER.

- Ajustar opciones de rejilla: Cambia la separación y el tipo de la rejilla.

- Mostrar la rejilla: Muestra u oculta la rejilla. - Activar magnetismo: Activa o desactiva el magnetismo de la rejilla. - Zoom en tiempo real: Amplia o reduce el dibujo desplazando el cursor

hacia arriba o hacia abajo.

- Encuadre en tiempo real: Encuadra la imagen en una nueva posición. - Zoom de área: Amplía la parte seleccionada del dibujo. - Zoom panorámico: Ajusta en pantalla todo el dibujo. - Ajustar las opciones del Zoom: Ajusta el paso del Zoom. - Redibujar todo: Refresca la pantalla dibujando nuevamente los objetos. - Barra estándar: Muestra u oculta la barra estándar. - Barra de componentes: Muestra u oculta la barra de componentes.

BARRA DE COMPONENTES.

La barra de componentes muestra los elementos del sistema de potencia. Esta barra es desplegable y puede ser ubicada en el lado izquierdo de la pantalla o sobre el área de dibujo.

BARRA ESTÁNDAR.

En la barra estándar puede encontrar y utilizar rápidamente los comandos de ASP. Esta barra es fija y se puede mostrar u ocultar haciendo clíck en el menú ver | barra estándar.

BARRAS Y NODOS. Las barras y nodos son los puntos de interconexión entre los elementos que conforman un sistema de potencia. Para efectos del ASP solo es necesario especificar la tensión nominal y la tensión a la cual esta operando dicha barra (solo para flujo de carga).

LÍNEAS DE TRANSMISIÓN Y CABLES SUBTERRÁNEOS. Cuatro parámetros afectan el comportamiento eléctrico de un conductor: la resistencia serie, la inductancia serie, la capacitancia shunt y la conductancia shunt. Estos parámetros afectan tanto a las líneas de transmisión aéreas como a los cables, por lo que un mismo procedimiento para determinación de dichos parámetros es empleado en ambos casos. Por esta razón el término línea se emplea a menudo para designar tanto líneas aéreas como cables. Sin embargo es necesario hacer notar que ciertas estimaciones para conductores ampliamente distanciados en las líneas de transmisión pueden no ser válidas para conductores cercanos como el caso de los cables. La longitud del conductor afecta a la línea aérea y a los cables de la misma manera. El modelo de las líneas de transmisión aéreas es aplicable también a los cables. Aunque los valores de resistencia son sustancialmente iguales, los valores de reactancia varían enormemente.

Los dos parámetros anteriores son números complejos por lo que la constante de propagación puede escribirse como l: es la longitud de la línea r: es la resistencia de conductor en ohms por unidad de longitud x: es la reactancia inductiva serie del conductor en ohms por unidad de longitud x=2?fL g: es la conductancia shunt al neutro en siemens por unidad de longitud b: es la susceptancia capacitiva en siemens por unidad de longitud z=r+jx: es la impedancia serie en ohms por unidad de longitud y=g+jb: es la admitancia shunt al neutro en siemens por unidad de longitud Z=zl: es la impedancia total de la línea en ohms Y=yl: es la admitancia shunt total de la línea en siemens. Este modelo se utiliza para todos las modalidades de cálculos del programa.

Para efectos del ASP “Y/2” es igual a “B”. ANÁLISIS DE ESTABILIDAD TRANSITORIA. El programa ASP esta diseñado para realizar análisis de Estabilidad Transitoria en Sistemas de Potencia. El análisis se basa en realizar graficas en función del tiempo de las variables más importantes de los generadores (Potencia Activa, Reactiva, Tensión y corriente en terminales, ángulo de potencia y velocidad angular) durante la evolución y despeje de la falla (en el caso de que se seleccione ese evento) para un tiempo seleccionado por el usuario. Este estudio permite lo siguiente:

Realizar este tipo de estudio solo para fallas por cortocircuito trifásico a tierra en una barra o línea de transmisión, ya sea con o sin despeje de la falla.

Incluye dos modelos para representar al generador: Modelo Clásico y el Modelo de los dos ejes.

Si se selecciona el modelo de los dos ejes se tiene la opción de incluir en el

estudio, la acción de sistemas de excitación y/o Gobernadores de velocidad en el comportamiento de los generadores.

CÁLCULOS DE FALLAS. El programa ASP está diseñado para realizar los cálculos referentes a dos tipos de fallas:

Fallas por Corrientes de Cortocircuitos.

Fallas de Ruptura de Líneas. Las fallas por corrientes de cortocircuitos están orientadas al cálculo de las corrientes de cortocircuito. CÁLCULOS DE FALLAS El programa ASP esta diseñado para realizar cálculos de fallas por cortocircuito los cuales están basados, según las normas IEC, es por ello que el programa, asegura la confiabilidad de los resultados para sistemas trifásicos AC que operan a tensiones nominales de hasta 230 KV, sin embargo, el programa permite realizar los cálculos para sistemas con tensiones nominales superiores a 230 KV. El ASP está en la capacidad de calcular los siguientes tipos de fallas por cortocircuito bajo la norma IEC:

Cortocircuito trifásico. Cortocircuito línea a tierra. Cortocircuito línea a línea. Cortocircuito doble línea a tierra.

Además también realiza cálculos según la Norma ANSI/IEEE C.37 y el estudio de cortocircuito por el método clásico o estudiantil. El ASP está en la capacidad de calcular las corrientes simétricas y asimétricas de cortocircuito para solo la falla trifásica, según las recomendaciones de ANSI/IEEE C.37. Y además ofrece la posibilidad de realizar el Cálculo de fallas por ruptura de línea de uno o dos conductores.

CÁLCULOS DE FLUJO DE CARGAS. El programa ASP esta diseñado para realizar cálculos de Flujos de carga en Sistemas de Potencia. Para la resolución de este tipo de problema, el programa ofrece lo siguiente:

Clasificación automática de las barras. Cálculo de compensación automática. Tres métodos de solución, Gauss-Seidel, Newton-Raphson y Desacoplado

rápido. Utilización de los resultados previos como condiciones iniciales para la

aceleración de la convergencia. Taps de transformadores totalmente configurables.

CARGAS. Para los estudios de flujo de carga es apropiado modelar la carga como una carga a potencia S constante, S=P+jQ, donde P y Q permanecen constantes. Para los estudios de estabilidad es apropiado modelar las cargas como una impedancia constante invariante en el tiempo, donde la potencia activa y reactiva permanecen constantes. Este tipo de modelo requiere que a partir del voltaje y de la potencia aparente de operación en régimen permanente de la carga, se calcula el valor de la impedancia de la siguiente manera:

Para realizar cualquier cálculo con el ASP, solo es necesario llenar la ventana “General” que se muestra a continuación:

COMPENSADORES SHUNT. El empleo de banco de capacitores para corregir el factor de potencia es bastante común, puesto que con ellos se logra mejorar el nivel de tensión en un determinado nodo del sistema. Estos capacitores se modelan simplemente como una reactancia capacitiva constante, donde C está en faradios y f en Hertz. Frecuentemente los capacitores se especifican en KVAR a un valor nominal de tensión. Los reactores shunt se emplean muy rara vez en los sistemas industriales. Se modelan como una reactancia inductiva constante XL=2pfL, donde L está en henrios. Al igual que los capacitores, pueden ser especificados en KVAR. Se modelan como una reactancia capacitiva o inductiva (reactor) constante invariante en el tiempo. Este tipo de modelo requiere que a partir del voltaje y de la potencia aparente de operación en régimen permanente del motor, se calcula el valor de la reactancia de la siguiente manera:

Para realizar cualquier cálculo de cortocircuito o estabilidad con el ASP, solo es necesario llenar la ventana “General” que se muestra a continuación y para flujo de carga, además de completar los datos de la ventana “General”, es necesario especificar en la ventana de “Flujo de Carga”, si se desea el modo de

compensación automática y en caso de que así se desee se debe especificar a que tensión se desea mantener el voltaje de la barra a la cual se encuentra conectado dicho compensador.

CONFIGURACIÓN: GENERALIDADES.

Usted puede configurar el análisis utilizando el botón en la barra estándar, o en el menú Simulación haciendo clíck en configurar el análisis. Aquí usted puede seleccionar la barra y la tensión base. Si usted no selecciona una barra como base, el programa tomará por defecto la primera barra dibujada en el proyecto, la tensión base es la tensión nominal de la barra y como potencia base 100 MVA. Seleccionando de manera adecuada la barra, usted puede lograr simular varios sistemas en un mismo proyecto.

En esta ventana usted puede además configurar los siguientes estudios:

Estudios de Fallas: Cortocircuito Ruptura de Línea

Estudios de Flujo de Cargas: Flujo de Cargas

Estudios de Estabilidad: Estabilidad Transitoria La simulación de Arranque de motores, Armónicos y Despacho económico de carga, no están disponibles en esta versión. CONFIGURACIÓN DE CORTOCIRCUITO. En configuración de fallas, usted puede configurar los estudios de cortocircuito.

CONFIGURACIÓN DE ESTABILIDAD TRANSITORIA. Configuración de la simulación: en esta plantilla se introducen y seleccionan todos los parámetros necesarios para efectuar la simulación. Elemento fallado: Se selecciona si la falla se aplicara en una barra o en una línea de transmisión. Tipo de evento: Aquí se indica el tipo de evento que se va a simular.

Ubicación de la falla: Al hacer clíck en el botón se abre un formulario donde se selecciona el elemento fallado. Tiempos de estudio: Se selecciona si el tiempo será tomado en ciclos o en segundos. Tiempo total: se indica el tiempo total de la simulación. Paso del tiempo: Aquí se indica el paso del tiempo de integración (Time-step).

Tiempo de despeje: Aquí se indica el tiempo en el cual se despeja la falla. Tiempo de reenganche: Aquí se introduce el tiempo en el cual se aplica el reenganche de la línea despejada. Selección de curvas: en esta plantilla se selecciona cual será el parámetro que va a graficar, la unidad en la cual será mostrado y los generadores que se graficaran. Parámetros a graficar: Aquí se selecciona cual parámetro eléctrico se va a graficar, se tiene la opción de; ángulo del rotor, diferencia de ángulos, velocidad, potencia activa, potencia reactiva, voltaje en terminales y corriente. Resultados: Aquí se indica la unidad en la cual se mostrará el parámetro seleccionado.

Selección de los generadores a graficar: Aquí se seleccionan los generadores que se desean graficar. Generador de referencia: esta opción se habilita cuando se ha seleccionado graficar diferencia de ángulos, y aquí se selecciona el generador que se tomara como referencia. CONFIGURACIÓN DE FLUJO DE CARGAS.

Método: Aquí Usted puede seleccionar el método por el cual se va a resolver el flujo de carga. Se indica el número máximo de iteraciones, la precisión de los resultados, margen de error y el factor de aceleración en el caso de resolver por Gauss-Seidel. Reporte: Se especifica si se quiere reportar la sobrecarga de las líneas, cables y transformadores. Puede habilitar la opción de reportar el voltaje crítico de las barras: si la tensión de una barra, en porcentaje, es menor a Min% o mayor a Max% serán reportadas como en estado de baja tensión o sobre tensión respectivamente. Los voltajes de las barras se pueden presentar en KV o en porcentaje.

Condiciones iniciales: Aquí se especifica cuales son los valores iniciales que se van a tomar para iniciar el proceso iterativo del cálculo del flujo de carga. Una buena estimación de los valores iniciales podría acelerar la convergencia de los resultados. Si se especifica tomar valores fijos, el programa tomará 1<0° p.u como estimación inicial. Si se especifica tomar los voltajes de las barras, el programa asume como valores iniciales los voltajes de las barras que resultaron de la resolución anterior, en este caso la convergencia de los resultados es más rápida. CONFIGURACIÓN DE RUPTURA DE LÍNEA. En configuración de fallas, usted puede configurar el estudio de ruptura de línea.

La etiqueta para el estudio de ruptura de línea, presenta una lista en donde encontramos todas las líneas y cables presente en nuestro diagrama unifilar, lo único que hay que hacer es seleccionar uno de ellos, para realizar el análisis.

Este análisis consta de la simulación del circuito en el caso de la ruptura de un conductor o fase (Fase a), y la ruptura de dos conductores o fases (Fase b y c). PREFERENCIAS: PANTALLA: Desde esta ventana usted puede configurar el color del fondo de la pantalla. El fondo de la pantalla puede ser blanco o negro. Se puede cambiar el ancho de las líneas de los símbolos de los componentes eléctricos del sistema, haciéndolas más finas o más gruesas.

PREFERENCIAS: DIAGRAMA UNIFILAR:

En esta ventana se puede indicar si se muestra o no el nombre o descripción de los elementos del sistema de potencia, además se puede cambiar el formato de la fuente. GENERADOR SINCRÓNICO. Para los estudios de cortocircuito los generadores sincrónicos se modelan como una impedancia (resistencia en serie con una reactancia inductiva) en serie con una fuente de tensión ideal que representa la tensión interna del generador invariante en el tiempo. Este tipo de modelo se representa de la siguiente manera:

Luego de ocurrir un cambio cualquiera en las condiciones del sistema de potencia, el sistema de regulación de tensión de un generador actuará de manera tal a mantener la tensión de salida del generador a un valor prefijado. De igual manera el gobernador actúa sobre las motrices para proporcionar más torque a la máquina y por ende más potencia. Por lo tanto, desde el punto de vista del estudio de flujo de carga, un generador representa una fuente de tensión constante que proporciona una cantidad programada de potencia.

Las condiciones de operación del sistema pudieran exigir que el generador entregara una cantidad prevista de potencia reactiva con la finalidad de mantener un valor de tensión deseado en alguna barra. En estos casos el analista deberá proporcionar como dato del generador, los límites mínimo y máximo de potencia reactiva que dicha máquina está en condiciones de suministrar. Puede observarse, de acuerdo a lo dicho anteriormente que existen tres modo de operación para un generador sincrónico:

- Especificando la tensión de salida deseada y la potencia real (modo PV) - Especificando una tensión y ángulo y permitiendo entregar los P y Q

adecuados. (modo Slack) - Especificando la potencia P y Q y permitiendo que la tensión se ajuste

libremente para lograr estas potencias. (modo PQ). Para los cálculos de Estabilidad Transitoria el programa trabaja con dos modelos que representan al generador sincrónico, los cuales son:

1. Modelo Clásico. 2. Modelo de los dos ejes.

El modelo clásico viene representado al igual que para los cálculos de cortocircuito por una impedancia (resistencia en serie con una reactancia inductiva) en serie con una fuente de tensión ideal que representa la tensión interna del generador invariante en el tiempo. Este tipo de modelo se representa de la siguiente manera:

El modelo de los dos ejes viene representado por una impedancia (resistencia en serie la reactancia inductiva de eje directo) en serie con una fuente de tensión que representa la tensión interna del generador, cuyo valor (voltios), dependen de las tensiones de eje directo (E´d) y de eje de cuadratura (E´q), este tipo de modelo se representa de la siguiente manera:

Donde las tensiones E´d y E’q vienen representadas por el siguiente diagrama de control:

Donde Id e Iq son las corrientes de eje directo y de cuadratura de la máquina respectivamente y Efd es la tensión de salida del sistema de excitación. A continuación se muestra el diagrama de control que describe el comportamiento del generador representado por el modelo de los dos ejes:

Como se puede observar el modelo de los dos ejes se puede incluir la acción del sistema de excitación y/o gobernador de velocidad, a diferencia del modelo clásico. Para realizar cualquier cálculo con el ASP, es necesario inicialmente llenar la ventana “General” que se muestra a continuación:

Luego de llenar la ventana “General”, donde los datos se explican por si solos, se debe de completar los datos necesarios para los estudios que se deseen realizar con el programa. Para el caso de cortocircuito, solo se debe llenar la ventana “General”, para flujo de cargas se accede a la ventana “Flujo de carga”, para seleccionar el modo de operación del generador, ya sea modo “Slack”, modo “PV” o modo “PQ” y a continuación se completan los datos necesarios para el modo de operación seleccionado. Finalmente para los cálculos de Estabilidad Transitoria, se accede a la ventana de “Estabilidad Transitoria” y se observa lo siguiente:

Modelo del generador: Aquí se selecciona el modelo del generador que se desea simular; modelo clásico o modelo de dos ejes. Al alternar entre los modelos se observa a la derecha un diagrama del modelo seleccionado y de igual manera cambian las constantes requeridas por un modelo u otro. Datos generales: Aquí se introduce el valor de las constantes. H [seg]: Constante de inercia de la máquina. Velocidad [RPM]: Velocidad de la máquina en RPM Xq%: Valor de la reactancia del eje en cuadratura, en porcentaje. Xq’%: Valor de la reactancia transitoria del eje en cuadratura, en porcentaje. T’do: Valor de la constante de tiempo transitoria de circuito abierto del eje directo. En segundos. T’qo: Valor de la constante de tiempo transitoria de circuito abierto del eje en cuadratura. En segundos. D[p.u.]: Coeficiente de amortiguamientos.

Si ha seleccionado el modelo de dos ejes, entonces se tiene acceso a la plantilla de elementos de control. Gobernador: en esta plantilla se selecciona el tipo de gobernador que se desea utilizar si se desea uno, se tiene la posibilidad de seleccionar un gobernador para propósitos generales o un gobernador para turbinas a vapor, y se introducen los datos necesarios.

Datos (Gobernador): Aquí se introducen los datos del gobernador seleccionado. T1: Tiempo de respuesta del gobernador. T2: Constante de tiempo de la válvula de piloto. T3: Constante de tiempo de la compuerta de hidroturbina. T4: Constante de tiempo de la válvula del globo. T5: Tiempo de arranque de la hidroturbina.

Tw: Constante de tiempo de la válvula piloto F: Máxima velocidad de la compuerta. Pmáx: Máxima salida de la turbina. Pmin: Minima salida de la turbina. K1: Ganancia de la válvula de piloto. Datos Ejemplos: Al presionar este botón se le asigna un valor típico a cada constante, los valores fueron extraídos de textos y manuales (IEEE Std 241.5, (1992), Power Station, ETAP User Guide 4.0. Sistema de excitación: En esta plantilla se selecciona el tipo de excitación que se desea asignar al generador, los tipos disponibles son: Tipo 1, Tipo 2, DC1A, DC2A, DC3A, AC4A y AC5A.

Datos (Sistema de excitación): Aquí se introducen los datos del Sistema de excitación seleccionado. TA: constante de tiempo del amplificador.

TB: constante de tiempo del regulador. TC: constante de tiempo del regulador. TE: constante de tiempo del excitador. TF: constante de tiempo del circuito estabilizante. TR: constante de tiempo del filtro. KA: ganancia del regulador. KC: factor de rectificación de carga. KE: constante del excitador para el campo auto-excitado. KF: ganancia estabilizante del circuito estabilizante. SE(0.75): Valor de la función de excitación en 0.75 de Efdmáx SE(1.0): Valor de la función de excitación en Efdmáx Efdmáx: Máximo voltaje de salida del excitador Vrmáx: Máximo valor del voltaje del regulador. Vrmin: Mínimo valor del voltaje del regulador. Vimax: Limite máximo de voltaje que se impone en la entrada del controlador de retraso. Vimin: Limite mínimo de voltaje que se impone en la entrada del controlador de retraso. MOTOR DE INDUCCIÓN. En la siguiente figura se muestra el modelo del motor de inducción para estudios de cortocircuito. El valor de la impedancia del motor es muy cercana a la impedancia que limita la corriente a rotor bloqueado. Por esta razón la impedancia puede calcularse a partir del valor de la corriente a rotor bloqueado ILR. La resistencia R es generalmente mucho más pequeña que la reactancia y como además la corriente de cortocircuito tiene factores de potencia bajo, es razonable despreciar R en aquellos estudios de corto circuito donde sólo se calcule la magnitud de la corriente de cortocircuito simétrica inicial.

Para los estudios de flujo de carga es apropiado modelar el motor de inducción como una carga a potencia S constante, S=P+jQ, donde P y Q permanecen constantes. Este tipo de modelo requiere de la potencia del eje del motor, expresada en HP, la tensión nominal, la potencia S y el factor de potencia FP Si se conoce la eficiencia h y la potencia del eje, entonces P podrá calcularse así:

Es necesario notar que la potencia reactiva Q es positiva para un motor de inducción, aunque esté operando como generador, es decir, con deslizamiento negativo. Para los estudios de estabilidad es apropiado modelar el motor de inducción como una impedancia constante invariante en el tiempo, donde la potencia activa y reactiva permanecen constantes. Este tipo de modelo requiere que a partir del voltaje y de la potencia aparente de operación en régimen permanente del motor, se calcula el valor de la impedancia de la siguiente manera:

Para realizar cualquier cálculo de cortocircuito o estabilidad con el ASP, solo es necesario llenar la ventana “General” que se muestra a continuación y para flujo de carga, además de completar los datos de la ventana “General”, es necesario especificar en la ventana de “Flujo de Carga”, la potencia activa y reactiva inicial del motor

MOTOR SINCRÓNICO. Los motores sincrónicos pueden o no estar equipados de mecanismos de regulación para controlar su excitación. Aquellos equipados con reguladores pueden controlar la tensión en sus terminales, el factor de potencia y la potencia reactiva que entregan o consumen. La potencia real por su parte será función de la carga que dicho motor maneje. Suelen modelarse como cargas a potencia constante. Para los estudios de cortocircuito y estabilidad se modela el motor sincrónico como una impedancia constante invariante en el tiempo, donde la potencia activa y reactiva permanecen constantes. Este tipo de modelo requiere que a partir del voltaje y de la potencia aparente de operación en régimen permanente del motor, se calcula el valor de la impedancia de la siguiente manera:

Para los estudios de flujo de carga se modela el motor sincrónico como una carga a potencia S constante, S=P+jQ, donde P y Q permanecen constantes. Este

tipo de modelo requiere de la potencia del eje del motor, expresada en HP, la tensión nominal, la potencia S y el factor de potencia FP. Si se conoce la eficiencia h y la potencia del eje, entonces P podrá calcularse así:

Para realizar cualquier cálculo de cortocircuito o estabilidad con el ASP, solo es necesario llenar la ventana “General” que se muestra a continuación y para flujo de carga, además de completar los datos de la ventana “General”, es necesario especificar en la ventana de “Flujo de Carga”, la potencia activa y reactiva inicial del motor

PREFERENCIAS: NIVELES DE TENSIÓN: En esta ventana usted puede elegir el color para cada nivel de tensión. Los elementos del sistema de potencia a los cuales no se les ha especificado la tensión nominal, aparecerán en color negro o blanco según sea el color de fondo del dibujo.

PANTALLA PRINCIPAL. La pantalla principal aparece al iniciar el programa y cuando se crea un nuevo proyecto. Constituye el ambiente gráfico en torno a la cual se entran los datos de un sistema y se configuran y ejecutan los análisis. Es el área de trabajo principal:

REACTOR SERIE. Las aplicaciones típicas de los reactores serie son las siguientes:

Para limitar la corriente en cortocircuitos

Para limitar la corriente de arranque de grandes motores

Para estabilizar las fluctuaciones de voltaje Los reactores se modelan como una impedancia, es decir, una resistencia en serie con una reactancia. Es común despreciar la parte resistiva sin que afecte los cálculos en gran medida (esto se justifica cuando el factor de calidad q es mayor a 10). Un dato común en los reactores serie es su potencia reactiva, expresada en VAR, KVAR o MVAR.

Para realizar cualquier cálculo de cortocircuito o estabilidad con el ASP, solo es necesario llenar la ventana “General” que se muestra a continuación y para flujo de carga, además de completar los datos de la ventana “General”, es necesario especificar en la ventana de “Flujo de Carga”, la potencia reactiva y corriente máxima a la que puede operar dicho reactor serie.

PREFERENCIAS: SISTEMA:

En esta ventana se especifica el título, el autor y la descripción del proyecto. EJEMPLO GUIADO. Se quiere realizar el estudio de cortocircuito y flujo de carga en un sistema de tres barras como el que se representa en la figura siguiente:

Tabla de datos de los equipos

1) Ejecute el programa ASP.exe

2) Cree un nuevo proyecto, haciendo clic en el botón o el menú Archivo | Nuevo.

3) Se recomienda que primero dibuje todo el sistema de potencia, para ello:

a) Comience dibujando la barra A. En la barra de componentes

presione el botón nótese que cuando desplaza el puntero hacia el área de trabajo puede mover libremente el símbolo.

b) Para rotar el dibujo pulse el botón derecho del ratón y para colocar el dibujo en el área de trabajo, pulse el botón izquierdo.

c) Para cambiar el tamaño de la barra, acerque el puntero a uno de los extremos de la barra. El puntero cambia a flechas bidireccionales, indicando que puede alargar o acortar la barra. En la figura siguiente se muestra la secuencia a realizar:

d) Dibuje la línea de transmisión L1, para ello presione el botón que se encuentra en la barra de componentes.

e) Conecte eléctricamente la línea de transmisión a la Barra-0. Esto podrá hacerlo de dos maneras:

Desplace el símbolo de la línea de transmisión hacia la barra. Aparecerá un icono de exclamación indicando que se va a efectuar la conexión eléctrica. En la figura siguiente se muestra esta secuencia:

Active el modo de conexión, presionando el botón en la barra de componentes; acerque el puntero a un extremo de la línea de transmisión y presionado el botón izquierdo del ratón; manteniéndolo presionado acerque el puntero hacia la barra y suelte para realizar la conexión. En la figura siguiente se muestra la secuencia a realizar:

Nota: cuando el programa está en modo de conexión no se pueden desplazar ni seleccionar los objetos. Los elementos del sistema de potencia se conectan entre barras o nodos, la conexión puede ser directamente o a través de interruptores.

f) Dibuje y conecte el resto de los equipos de la red como se explicó en los pasos anteriores.

g) Si se equivoca, podrá borrar un elemento seleccionando primero con el puntero del ratón y pulsando la tecla suprimir.

4) Introduzca los datos de los equipos:

a) Se recomienda primero introducir los datos de las barras. Haga doble clic

sobre la Barra-0, aparecerá una ventana de dialogo donde podrá cambiar el nombre y el nivel de tensión; asígnele el nombre A y el voltaje nominal de 230 KV

Nota: Nótese que todos los elementos conectados a la barra A cambian de color negro a color rojo, indicando que se ha asignado tensión nominal a estos equipos. Si quiere configurar el color de los componentes para niveles de tensión

específicos, presione el botón ; aparecerá la ventana de preferencias; en la carpeta niveles de tensión Usted podrá configurar los colores. Si desea cambiar el nivel de tensión de una barra que ya tenía un valor asignado, se recomienda que le introduzca primero el valor de voltaje nominal a cero voltios. Esto reinicializará a cero los niveles de tensión de todos los elementos conectados a la barra.

b) Introduzca los datos de la barra B. Notará que ya tiene nivel de tensión asignado a 230 KV, cambie el nombre de la barra y asígnele B.

c) Introduzca los datos de la barra C. Asígnele nombre C y el nivel de tensión 12.47 KV.

d) Introduzca los datos del sistema exterior (S/E) haciendo doble clic sobre el símbolo, como verá ya tiene tensión nominal asignada. Proceda a introducir los valores que están en la tabla de datos.

e) Introduzca los datos del resto de los componentes.

5) Configure el tipo de estudio a realizar, para ello haga clic en el botón que se encuentra en la barra estándar o en el menú Simulación | Configurar. Aparecerá la ventana siguiente:

Nota: Note que el programa seleccionó como barra base la primera barra que se dibujó en el sistema (Barra A), la tensión base es la tensión nominal de la barra (230 KV) y una potencia base por defecto de 100 MVA. Todos estos valores pueden ser cambiados a gusto, presionando sobre el botón

6) Seleccionar barra.

a) Haga clic en el botón Fallas para configurar el tipo de falla a calcular:

En la ventana de localización de la falla, haga clic en el botón Seleccionar barra para seleccionar la barra fallada; inmediatamente los cuadros de diálogos desaparecen y el puntero adopta la forma de un rayo; haga clic sobre la barra A y el cuadro de dialogo se restablece indicando que la barra fallada es la A; haga clic en el botón aceptar.

b) Configure el estudio de flujo de carga, haciendo clic en el botón Flujo de carga en la ventana de configuración del análisis. Seleccione resolver por el método de Newton-Raphson y pulse el botón aceptar.

7) Simule el cortocircuito: a) En configuración del análisis, asegúrese que esté seleccionado el estudio

de cortocircuito.

b) Presione el botón que se encuentra en la barra estándar para mandar a ejecutar la simulación o en el menú simulación haga clic en ejecutar.

c) Una vez realizados los cálculos el programa presenta un reporte de los resultados del estudio de cortocircuito trifásico en la barra A.

8) Reporte de Cortocircuito:

9) Simule el flujo de carga:

a) En configuración del análisis, asegúrese de que esté seleccionado el estudio de flujo de carga.

b) Presione el botón que se encuentra en la barra estándar para ejecutar la simulación o en el menú simulación haga clic en ejecutar.

c) Una vez realizados los cálculos el programa presenta un reporte de los resultados del estudio del flujo de carga.

10) Reporte del Flujo de Carga:

11) Reporte Por Unidad:

Nota: KVbase=0 en un elemento, implica que ese elemento no se está tomando en cuenta para los cálculos, ya que no está conectado a la red donde está la barra base.