Una vez configurados todos los elementos, estamos aptos para todas las simulaciones que se va a realizar. La primera corrida será para un 20 % de la longitud total de la línea, vista desde la parte de Nuevitas, sin resistencia de falla, con una corriente de prefalla igual a cero debido a que no existe diferencia entre los ángulos de cada fuente y para iguales valores de
voltaje. Se debe mencionar que para esta simulación el relé debe operar ya que por definición la primera zona debe alcanzar correctamente hasta un 80% de la línea tal como se verifica en la Figura 3.16.
Figura 3.16. Grafico de ondas de voltaje y corriente, tiempo de falla y señal disparo de la protección para falla en el 20 % de la línea.
Este gráfico muestra como existen cambios en el voltaje cuando ocurre la falla, pero además de eso se ve el incremento de la corriente por la fase fallada a un valor aproximadamente de 6 kA. Esta primera corrida se hace con resistencia de arco igual a
cero. La curva denominada “fit” muestra el inicio de la falla y el tiempo que permanece presente, mientras que la denominada “Trip Signal” es la señal que recibe la protección, tal como se muestra en la Figura 3.16, de manera que la misma opera para un valor muy cercano al cual comienza la falla, de manera que para este porcentaje de línea la protección opera de forma rápida y muy eficientemente.
Figura 3.17: Característica de los relés de fase y tierra tipo Mho para la falla al 20 % del inicio de la línea
De la Figura 3.17 se observa que el punto de falla se encuentra dentro de la característica Mho para la protección de tierra, mientras que para la protección entre fases el punto no cae dentro de la característica por lo tanto el mismo no opera, no existiendo ningún error en cuanto a la operación de los relés de fase y tierra.
Seguidamente se realizó la simulación pero ahora para una falla en el 75 % de la línea, y con una resistencia de falla o arco de 10Ω, obteniéndose los resultados de la Figura 3.18.
Figura 3.18: Grafico de ondas de voltaje y corriente, tiempo de falla y señal disparo de la protección para falla en el 75% de la línea y Rf = 10 Ω
Para este falla también se afectan las magnitudes del voltaje y la corriente, se observa que llega a un valor de 2 kA pero lo más importante de esta grafica es que en este momento la protección de distancia se demora mas tiempo en reconocer la falla, por lo que se debe tener en consideración en el momento del diseño.
Figura 3.18 Característica Mho con falla al 75% de la línea y Rf de 10Ω.
De las características tipo Mho para este falla en este porciento de la línea y sin diferencia de ángulos de potencia, se observa que la protección de tierra aún ve la falla y opera correctamente, pero esta prácticamente en el límite de la circunferencia, cosa que puede ser perjudicial si por ejemplo aumenta la resistencia de falla ya la protección no la vería esta falla. Por otro lado se puede observar que la protección de fase no ve la falla, cuestión que era de de esperar.
Seguidamente se realizó la simulación con una diferencia de voltaje de 30 kV entre el terminal Nuevitas y Vicente, la cual se muestra en la Figura 3.19
Figura 3.19: Grafico de voltaje y corriente, tiempo de falla y señal disparo de la protección para falla en 75% de la línea, Rf =10 Ω y diferencia de V igual a 30
Figura 3.20: Característica Mho al 75% Rf de 10 Ohm y Δ kV igual a 30.
De la misma manera mediante la observación de las simulaciones anteriores se demuestra que para una diferencia de 30 kV de Nuevitas con respecto a Vicente producto de que aparece una corriente de prefalla a en el momento de la corrida. Los voltajes se ven muy afectados llegan a tener un valor cercano a los 400kV y las corrientes también sufren cambios apreciables, para este valor la operación de la protección es de manera eficiente para la protección de tierra y la característica de impedancia tipo mho ven la falla correctamente. La protección de fase sigue actuando correctamente como se muestra en la Figura 2.20.
Se localizó la falla al 85 % de la línea, y se obtuvo el siguiente resultado mostrado en la Figura 3.21 en cuanto a las corrientes y voltajes.
Figura 3.20 Ondas de voltaje y corriente tiempo de falla y señal disparo de la protección para una falla en el 85% de la línea, Rf =10 Ω
Figura 3.21: Zona de no operación de la Protección.
De las figuras 3.20 y 3.21 queda demostrado que para un porcentaje superior a al 80% del total de la línea vista desde la parte de Nuevitas, la falla queda por fuera de la característica Mho, pues la primera zona de la protección de distancia se ajusta para que proteja un 80 por ciento de la línea, a partir de ahí debe operar con segunda zona hasta la barra siguiente. A continuación se puede mostrar otra de las posibilidades que brinda el PSCAD para los estudios de sistemas con protecciones, con el caso de esta línea específicamente. Se puede usar otro tipo de característica y comparar los resultados en cuanto a operaciones erróneas producto de los problemas mencionados anteriormente. Se escogió una característica tipo impedancia que tiene peores cualidades de protección que la de tipo mho, adaptándose peor al área de falla. La conexión se hizo en la fase a como se puede observar en la Figura 3.22.
Figura 3.22 Característica de los relés de fase y tierra tipo Impedancia para la falla al 20 % del inicio de la línea
Figura 3.23 Característica de los relés de fase y tierra tipo Impedancia para la falla al 75 % del inicio de la línea
De las figuras anteriores 3.22 y 3.23 se puede verificar como se ve afectado la protección con el uso de una característica inadecuada, para un 20% de línea la proyección opera correctamente y responde ante el fallo, igual que la de tipo Mho, pero para un 75% de la línea ya no opera. Es por ello que se debe tener especial cuidado a la hora de seleccionar nuestra característica.
REFERENCIAS BIBLIGRÁFICAS
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2. Visualise, Simulate, verify, solve. PSCAD. The Professional’s Tool for Power System Simulation. 2003 Manitoba HVDC Research Centre. Canadá. 6 págs. 3. User’s Guide on the use of PSCAD. PSCAD. Power Systems Computer Aided
Design. Manitoba HVDC Research Centre. April 2005 Version 4.2.0. 560 págs.
4. Introduction to PSCAD/EMTDC. 2003 by Manitoba HVDC Research Centre Inc. 134 págs.
5. PSCAD User’s Guide. Manitoba HVDC Research Centre. 54 págs.
6. User’s Guide on the use of PSCAD. PSCAD. Power Systems Computer Aided Design. Manitoba HVDC Research Centre. December 2003 Version 4.03. 484 págs. 7. Manuales de PSCAD- EMTDC. Manitova HVDC Research Center.
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8. Camilo José Carrillo Gonzáles (2004)”Introducción al PSCAD”. Departamento de Enxeñeria Electrica Universidad de Vigo.21 págs.
9. Adoni Iriondo Barrenetxea () Protecciones de sistemas de potencia. Departamento de Ingeniería Eléctrica Universidad del país Vasco.164 págs.
10.C. Russell Mason (1956) “The art and science of protective relaying”. 410 págs 11.Phadke, A.G., Thorp, J.S. “Computer Relaying for Power Systems” John Wiley &
Sons Inc. Research Studies Press LTD, England, 1988, 289 págs.
12.Altuve, H. "Protección de Sistemas Eléctricos de Potencia". Tomo I pág. 1 - 27 y Tomo II pág. 361 -366. 1991.
13.Warrington,
14.ABB. PROTECTIVE RELAYING. THEORY AND APLICATIONS. Pág. 1-5. 1994
15.Areva T&D, Sistemas de información y automatización (2005) Protecciones de distancia. Guía de aplicaciones. 437 págs.
CONCLUSIONES
El PSCAD es una poderosa herramienta para el análisis de los fenómenos que ocurren en un Sistema Eléctrico de Potencia pues el soporte de programación que lo sustenta modela los distintos elementos con rigurosidad.
Se obtiene un documento en español que permite con una dedicación razonable introducirse en las técnicas del software.
La versión estudiante puede convertirse en una herramienta auxiliar para profesores y alumnos en la visualización de fenómenos hasta ahora impartidos teóricamente, a pesar de tener algunas limitaciones en cuanto a posibilidades de sistemas a analizar, así como algunos de los elementos que no son posibles de simular en la misma. En el capitulo 1 se logra una descripción suficientemente detallada de las
posibilidades del software que sirve para la introducción o posterior consulta de los interesados en las simulaciones con este software.
En el capitulo 2 se analizan ejemplos básicos de proyectos diferentes que detallan con claridad el uso ya cohesionado de diversos elementos explicados en el capitulo 1, esto por supuesto ayuda al estudiante en familiarizarse con toda la técnica de diseño de proyectos, además de ver su potencialidad.
En el capitulo 3 se realiza un estudio de una primera zona de distancia en la línea Vicente-Nuevitas220 kV que corrobora el buen comportamiento de la misma desde el punto de vista de sensibilidad y selectividad, los niveles de cortocircuitos obtenidos y las impedancias vistas desde el extremo de Vicente nos confirman las posibilidades de trabajo en este sentido aun mas en las actuales condiciones cambiantes del SEN.
Se analiza el efecto de la resistencia del arco (Rf) sobre el comportamiento de los relés de distancia con características tipo Mho en la frontera de operación así como el de la variación del ángulo δ y se confirma la afectación producto de estas situaciones lo cual puede se mejorado con una característica cuadrilateral .
estudios de proyectos con equivalentes del sistema y más aún la realización de los mismos con objetivos docentes.
RECOMENDACIONES
¾ Continuar profundizando el estudio de transitorios con el uso del PSCAD realizando análisis de fenómenos reales que ocurran en el SEN y que resulten de interés de los técnicos que lo atienden, logrando una vinculación UCLV-UNE provechosa para el máximo aprovechamiento de la versión estudiante y su ampliación como herramienta del sistema.
¾ Continuar trabajando sobre la versión estudiante para determinar sus limitaciones reales no solo en nodos sino en modelaciones de los distintos elementos.
¾ Diseñar la visualización de la característica cuadrilateral partiendo de su definición geométrica.
¾ Confeccionar carpetas de proyectos y usar estos en los seminarios de apoyo a las asignaturas de la especialidad.
¾ Imprimir por partes este trabajo para que sirva como material de estudio y apoyo a la docencia.
¾ Realizar un análisis de las limitaciones reales en los estudios del SEN que se hacen en la actualidad y llegar a conclusiones acerca de la necesidad del uso de la versión profesional.