I. 1 ¿Qué es ETAP?
II.5. Creación de un Diagrama Unilineal Básico
II.5.7. Descripción de elementos AC, DC y Elementos de Medición
ETAP cuenta con una gran variedad de elementos de diseño de diagramas unilineales, estos elementos se separan en: Elementos AC, Elementos DC y Elementos de Medición. Las correspondientes barras de herramientas ya se mostraron más arriba en este mismo capítulo, por lo tanto a continuación se describirán los elementos de que comúnmente se utilizan en diagramas unilineales básicos y se separaran en las tres categorías mencionadas más arriba.
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Barra (bus) : Una “barra” se define como un punto (nodo), donde una o más ramas de un circuito se conectan. Una rama podría ser un cable, un transformador, etc. La cantidad mínima de datos necesarios para definir la barra son los kV nominales que se pueden introducir en la página de información del editor de barra.
Las barras tienen dos tipos de representación gráfica, las cuales son “el nodo y la barra”. Se puede cambiar de una barra a un nodo o viceversa en cualquier momento. Esta opción da la flexibilidad para visualizar la anotación de las barras y los nodos de forma diferente.
El Editor de Barra incluye diez diferentes opciones de configuración, las cuales se muestran en la figura II.26.
Figura II.26: Visualización del Editor de Barra. Info: Identificación de la barra y datos nominales del elemento.
Phase V: Describe los porcentajes de tensión además de las tensiones de operación del elemento.
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Motor/Gen: Datos del motor o generador que estén directamente conectados a la barra. Rating: Configuración y parámetros del elemento.
Arc flash: Datos referentes al estudio de Arc Flash. Harmonic: Datos referentes al estudio de harmónicos. Reability: Parámetros de fiabilidad del elemento. Remarks: Pagina de observaciones varias. Comment: Comentarios.
NOTA: las pestañas de “Info”, “Rating”, “Remarks” y “Comment” son comunes para cada elemento, por lo tanto no se volverán a describir en el futuro.
Transformador de Dos Devanados : Un transformador es una máquina eléctrica que transforma un nivel de tensión a otro nivel diferente de tensión por medio de la interacción electromagnética, en este caso, de dos bobinas separadas por un núcleo ferro magnético.
El Editor del Transformador de Dos Devanados presenta una serie de opciones modificables según la necesidad de la simulación, estas opciones se muestran en la figura
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Figura II.27: Visualización del Editor del Transformador de Dos Devanados. Tap: Datos referentes a la configuración del tap del transformador.
Grounding: Datos referentes a la configuración de la puesta a tierra del transformador. Sizing: Hace referencia a la configuración de parámetros específicos del transformador. Protection: Datos referentes a la configuración de las protecciones y curva de daño del transformador.
Harmonic: Datos referentes al estudio de harmónicos. Reability: Parámetros de fiabilidad del elemento.
Transformador de Tres Devanados : Un transformador de tres devanados en ETAP es una máquina eléctrica que posee un enrollado primario y dos enrollados secundarios o en su defecto, un enrollado secundario y uno terciario. Su configuración es muy similar al transformador de dos devanados.
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Figura II.28: Visualización del Editor del Transformador de Tres Devanados.
NOTA: Los datos del transformador de tres devanados son idénticos al transformador de dos devanados, por lo tanto no se describirán nuevamente.
Cables : ETAP permite colocar los cables en el diagrama unilineal para conectar dos elementos (dos barras, motores en las barras, o una carga estática en la barras) y colocar el mismo cable en una canalización. Sin embargo, se pueden añadir cables con el diagrama unilineal sin ponerlos en una canalización o añadir a la canalización sin necesidad de añadirlos al diagrama unilineal. Para esto, ETAP con cuatro tipos de cables.
- Cable Unilineal.- aparece como un elemento gráfico en el diagrama unilineal.
Es un cable que se agrega al esquema unilineal para conectar las barras, pero no ha sido previamente canalizado.
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Figura II.29: Representación grafica de un cable unilineal.
- Equipamento de cables.- puede conectarse a equipos tales como motores y
cargas estáticas, pero en la gráfica no aparecen como un elemento separado en el diagrama unilineal. Este es un cable que se agrega al equipo desde el editor de equipos, y no ha sido colocada en ninguna canalización.
Figura II.30: Representación grafica de un Equipamento de Cables.
- Canalización de cables.- se utiliza exclusivamente en el sistema de conductos de
cable. Es un cable que se encamina a través de una canalización tal como un sistema de cableado subterráneo, pero no se muestra en el diagrama unilineal o como un equipo de cables.
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Figura II.31: Representación grafica de una Canalización de cables.
- Cable Compuesto.- representa un cable que está incluido en el sistema de
canalización, así como en el diagrama unilineal (ya sea como un equipo de una línea o un cable). Este cable se añade el diagrama unilineal como una línea o equipo de cables, y luego se coloca dentro de la canalización, o bien, el cable se añade a la canalización y luego se coloca en el diagrama unilineal como un cable unilineal.
Figura II.32: Representación grafica de una Cable Compuesto.
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Figura II.33: Visualización del Editor de Cable. Impedance: Datos referentes a la impedancia del cable.
Physical: Datos referentes a las dimensiones físicas del cable. Protection: Datos referentes a las capacidades físicas del cable. Routing: Configuración de la canalización del o los cables. Loading: Datos referentes a las cargas involucradas con el cable.
Ampacity: Configuración de temperaturas de operación, corriente admisible e instalación. Sizing: Hace referencia a la configuración de parámetros específicos del cable.
Reability: Parámetros de fiabilidad del elemento.
Línea de transmisión : Una línea de transmisión es un medio físico por el cual se conduce la electricidad entre dos lugares separados generalmente por distancias considerables. Una línea de transmisión posee parámetros eléctricos y parámetros mecánicos que se deben considerar para su configuración en el programa.
Las funciones que se pueden considerar en ETAP son las siguientes:
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Calculo de la capacidad de transporte del conductor y la temperatura.
Calculo de la flecha y la tensión.
Transposición.
El Editor de Línea de Transmisión se muestra a continuación:
Figura II.34: Visualización del Editor de Línea de Transmisión. Parameters: Parámetros constructivos de la línea de transmisión.
Configuration: Configuración de la línea.
Grounding: Especificación de la puesta a tierra de la línea de transmisión. Earth: Configuración de la tierra (capas de tierra).
Impedance: Impedancias especificas de la línea.
Protection: Capacidad térmica de la línea de transmisión.
Sag & tensión: Parámetros mecánicos de la línea como peso y configuración de viento. Ampacity: Configuración de temperaturas de operación, corriente admisible e instalación.
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La siguiente es una lista de los tipos de conductores de los que dispone actualmente ETAP para líneas de transmisión:
Figura II.35: Tipos de conductores y sus materiales disponibles en ETAP.
Red de Poder (Power Grid) : Una red de poder es un elemento que proporciona ETAP para la simulación de sistemas eléctricos y que representa una Red Eléctrica. Estas redes de poder pueden disponerse de diferentes maneras según la necesidad del estudio, estos modos pueden ser:
- “Swing” o ascilacion.
- “Voltage Control” o Control de Voltaje. - “Mvar Control” o Control de los Mvar. - “PF Control” o Control del FP.
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Figura II.36: Visualización del Editor de la Red de Poder. Harmonic: Datos referentes a los harmónicos de la red de poder.
Energy Price: Datos referentes al consumo de energía de la red de poder.
Generador Sincrónico (Synchonous Generator) : Un generador sincrónico en una maquina eléctrica capaz de convertir energía mecánica en energía eléctrica por medio de la interacción de campos electromagnéticos.
Para ETAP un generador sincrónico es muy similar a una Red de Poder en su funcionamiento, ya que también exige especificar de qué manera se realizara su funcionamiento para determinar luego el estudio requerido, estos tipos de funcionamiento son:
- “Swing” o ascilacion.
- “Voltage Control” o Control de Voltaje. - “Mvar Control” o Control de los Mvar. - “PF Control” o Control del FP.
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El Editor del Generador Sincrónico se muestra a continuación.
Figura II.37: Visualización del Editor del Generador Sincrónico. Capability: Referente a las capacidades de operación del generador.
Imp/Model: Configuración de las impedancias del generador. Inertia: Configuración de la energía inercial vinculada al generador. Exiter: Configuración del tipo de excitación vinculada al generador.
Grovernor: Configuración de la velocidad y sistemas de control del generador.
PSS: Hace referencia a la configuración de la estabilidad del sistema por medios externos. Fuel Cost: Configuración de los consumos de combustible del generador.
Motor de Inducción (Induction Machine) : Un motor de inducción es una máquina de corriente alterna, en la cual la velocidad de rotación del rotor es menor que la del campo magnético del estator y depende de la carga.
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Figura II.38: Visualización del Editor del Motor de Inducción. Nameplate: Configuración básica del motor de inducción.
Model: Parámetros específicos del motor de inducción. Load Model: Modelamiento de la carga vinculada al motor. Start Dev: Configuración referente a la partida del motor, Start Cat: Configuración de los tiempos de partida de la carga.
Cable/Vd: Configura las caídas de tensión y la sobrecarga en el motor. Cable Amp: Configuración de los conductores que alimentan el motor.
Motor Sincrónico (Synchonous Motor) : Un motor Sincrónico es un tipo de máquina eléctrica de velocidad constante, la cual depende de las características constructivas de la máquina (pares de polos) y de la frecuencia de la tensión de la red a la que está conectado. Su velocidad de giro, que también se conoce como “velocidad de sincronismo” responde a la siguiente ecuación:
(II.1)
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Figura II.39: Visualización del Editor del Motor Sincrónico.
LR Model: Configuración de acuerdo a los parámetros de rotor bloqueado del motor. Starting Mode: Configuración de la resistencia de descarga y la aplicación de distintas excitaciones.
Carga Agrupada (Lumped Load) : Una carga agrupada en ETAP corresponde a un conjunto de motores o cargas estáticas que se agrupan en porcentajes determinados por el usuario. Para cuestiones de cálculo, ETAP asume una carga agrupada como un solo elemento cuyos parámetros se configuran en la ventana que se muestra en la figura II.40.
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Figura II.40: Visualización del Editor de la Carga Agrupada. Short-Circuit: Configuración de las contribuciones a un cortocircuito. Dyn Mode: Configuración de la carga en modo dinámico.
Carga Estática (Static Load) : La carga estática corresponde a un conjunto de consumos fijos que ETAP reconoce como un sólo elemento representativo del conjunto de cargas.
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Figura II.41: Visualización del Editor de la Carga Estática.
Red Compuesta (Composite Network) : Una Red Compuesta es una agrupación de todos los componentes en un subsistema, ya que pueden contener barras, ramas, cargas, fuentes y otras redes compuestas. Una Red Compuesta puede anidar subsistemas a un número ilimitado de capas. Esto permite construir sistemas por orden de importancia, por la disposición física, por las exigencias geométricas de los elementos, por los requisitos de estudio, por los relés y los requisitos de control de dispositivos, por la disposición lógica de los elementos, etc.
Las redes compuestas pueden tener un máximo de 20 pines. El número predeterminado de los pines es de 4 y se puede cambiar desde el botón derecho del ratón como se muestra en la figura II.42.
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Figura II.42: Selección de pines en una Red Compuesta.
II.5.7.2. Descripción de elementos DC.
Barra DC (DC Bus) : Una barra CC se define como un elemento al cual se conectan variadas ramas. Estas ramas pueden ser cables, impedancias, convertidores, etc. Una rama en ETAP se puede visualizar también como un nodo, la forma de activar esta opción es dando clic derecho sobre la barra y seleccionando “nodo”.
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Figura II.43: Visualización del Editor de Barra CC.
Cable DC (DC Cable) : Un cable CC en ETAP es similar a un cable AC. En su Editor se pueden definir tanto resistencia como inductancia, así como también, la disposición en la canalización.
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Figura II.44: Visualización del Editor de Cable DC. Physical: Dimensiones físicas del conductor.
Routing: Configuración de canalización del conductor.
Además en el Editor de la figura II.44 se deben definir los puntos “desde y hacia” (from – to) las barras entre las cuales se dispondrá el cable.
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Impedancia DC (DC Impedancia) : Una impedancia DC en ETAP es básicamente la introducción en la pestaña de “información” del Editor de Impedancia, de una resistencia en Ohm y una inductancia en Henrios. Además, al igual que un cable ETAP exige especificar los puntos desde y hacia (from – to).
El Editor de Impedancia se muestra a continuación:
Figura II.46: Visualización del Editor de Impedancia.
Batería (Battery) : Una batería es básicamente un elemento que entrega una tensión y una corriente constante. En la pestaña de “información” se entrega información acerca de su manufactura, modelo, tipo, tiempo de trabajo y duración de la carga entre otros.
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Figura II.47: Visualización del Editor de Batería. SC: Configuración del modelamiento de un cortocircuito DC.
Motor DC (DC Motor) : Un motor DC en una máquina eléctrica que trabaja bajo una tensión constante. En la pestaña de “clasificación” (Rating) se deben incorporar al igual que en un motor AC, valores de eficiencia, potencia, tensión y velocidad entre otros.
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Figura II.48: Visualización del Editor del Motor DC. Duty Cycle: Configuración del ciclo de servicio del motor DC.
II.5.7.3. Descripción de Instrumentos de Medida.
Transformador de Corriente (Current Transformer) : Un trasformador de corriente es un elemento de medición que cuenta con ciertas características específicas como su relación de transformación. Burden y precisión. Se emplea en sistemas eléctricos para obtener mediciones de corriente con el fin de operar protecciones.
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Figura II.49: Visualización del Editor del Transformador de Corriente. Rating: Configuración básica del transformador de corriente.
Cheker: Configuración de la edición del elemento.
Transformador de Tensión (Potential Transformer) : Un transformador de tensión es un elemento de medición que se utiliza como un dispositivo reductor de tensión para elementos de medida que trabajan en base a tensiones menores que los de la red eléctrica a la que está conectado el dispositivo.
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Figura II.50: Visualización del Editor del Transformador de Potencial.
Voltímetro (Voltmeter) : Un Voltímetro es básicamente un instrumento de medición que se agrega a la red eléctrica con el fin de obtener mediciones precisas de tensión entre dos puntos, y así llevar un control de las variables eléctricas que intervienen en dicho sistema. Su uso es amplio, ya que es frecuente observarlo tanto en industrias y escenarios de trabajo, como en el hogar.
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Figura II.51: Visualización del Editor del Voltímetro.
Amperímetro (Ammeter) : Un Amperímetro es básicamente un instrumento de medida de amplio uso cuyo fin es obtener dediciones precisas de corriente a través de una rama de un circuito eléctrico. En ETAP un amperímetro se agrega en serie en el modelo unilineal y sirve para llevar un control de dicho parámetro eléctrico.
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Figura II.51: Visualización del Editor del Amperímetro.
Multímetro (Multimeter) : Un multímetro es un elemento de medición multifunción y que es capaz de entregar medidas de corriente como también de tensión. En ETAP un multímetro cuenta con tres pines de conexión, un pin de tensión y dos pines de corriente como se muestra en la figura II.52.
Se utiliza para obtener medidas precisas de dichos parámetros eléctricos, con el fin de llevar un control en la red eléctrica a la q está conectado. También se le puede incorporar un transformador de corriente o tensión dado que su funcionamiento radica en niveles de tensión y corriente muchas veces inferior que los de la red eléctrica.
Figura II.52: Visualización de los pines de conexión.
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Figura II.53: Visualización del Editor del Multímetro.
Relé de Protección (Protective Relay) : Los relés de protección se clasifican en dos categorías según sus funciones: funciones simples o funciones múltiples. Un relé de función única consiste en un relé con sólo una característica de protección como sobre corriente o sobre carga, en cambio un relé multifunción puede incluir varios dispositivos de seguridad tales como sobre corriente, sobrecarga, tensión y frecuencia entre otros.
Relé de Sobrecorriente.- El Relé de sobre corriente detecta las fluctuaciones de corriente por sobre un valor pre definido debido a una falla incipiente en alguna parte del sistema eléctrico para luego enviar una señal que active algún mecanismo que despeje la parte del circuito que se encuentra en condición de falla como un interruptor de poder. Su nomenclatura según la normativa ANSI es el número “51” (Relé de Sobre corriente).
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Figura II.54: Visualización del Editor del Relé de Sobrecorriente (51). Imput: Configuración de entrada de las relaciones de transformación del relé. Output: Configuración de los datos de salida del relé.
OCR: Configuración básica del relé (Pik Up, tipo de curva, TC). TCC kA: Configuración referente al cortocircuito involucrado al relé. Model Info: Hace referencia al aspecto constructivo del relé.
Relé de Sobrecarga.- Los relé de sobrecarga son un tipo de protección basados en el tipo tiempo-corriente. Estos relés detectan fluctuaciones de corrientes por sobre un valor predefinido, con el fin de evitar daños innecesarios del elemento del circuito que esté protegiendo.
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Figura II.55: Visualización del Editor del Relé de Sobrecarga. OLR: Configuración básica del relé de sobrecarga.
Relé Diferencial.- Un Relé Diferencial es un tipo de protección que se utiliza mayormente en protecciones de transformadores de poder. Sin embargo es frecuente encontrarlos en protección de barras. Basa su funcionamiento en la comparación de corrientes entrantes y salientes a un elemento. Su nomenclatura ANSI es el número “87”.
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Figura II.56: Visualización del Editor del Relé Diferencial (87). Dif: Configuración básica del relé diferencial (tiempo de operación).
La forma correcta de conectar un Relé Diferencial y sus transformadores de medida, para protección de un transformador de poder se muestra en la figura II.57.
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Figura II.57: Esquema de conexión de un Relé Diferencial para protección de
transformadores.