INSTITUTO POLITCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERA MECNICA Y ELCTRICA

UNIDAD ZACATENCO

DEPARTAMENTO DE INGENIERA ELCTRICA

LABORATORIO DE TECNICAS DE ALTAS TENSIONES I

SOBRETENSIONES POR MANIOBRA

INTEGRANTES DEL EQUIPO:

CONTRERAS SERNA LUIS ALBERTO 2011300181 ESTRADA HERNANDEZ DIEGO ESAU 2011360175

PACHECO MONTIEL JESS 2011301878 PEREZ CALVA ALEJANDRO 2011300792

PEREZ DURAN SILVIA GABRIELA 2011300181

GRUPO: 8EM1 EQUIPO: 5

PROFESOR: DR. FERMIN PASCUAL ESPINO CORTS

FECHA DE REALIZACIN: 25/04/2014 FECHA DE ENTREGA: 11/05/2014

CONTENIDO

OBJETIVOS. .......................................................................................................................................... 3

INTRODUCCION TEORICA. ................................................................................................................... 4

Sobretensiones de maniobra en alta tensin.. ............................................................................... 4

Desconexin de una lnea de alta tensin que funcionaba sin carga. ........................................ 5

Desconexin de un transformador de marcha en vaco. ............................................................ 5

Derivacin a tierra en redes aisladas de tierra. .......................................................................... 6

Sobretensiones transitorias de maniobra en baja tensin ............................................................. 6

- Desconexin de cargas inductivas. ........................................................................................... 6

- Desconexin de inductancias en la rama serie del circuito de corriente. ................................ 6

DESARROLLO. ...................................................................................................................................... 7

CONCLUSIN: ...................................................................................................................................... 9

CONTRERAS SERNA LUIS ALBERTO ................................................................................................ 22

ESTRADA HERNANDEZ DIEGO ESAU.............................................................................................. 22

PACHECO MONTIEL JESUS ............................................................................................................. 23

PEREZ CALVA ALEJANDRO. ............................................................................................................ 23

PEREZ DURAN SILVIA GABRIELA .................................................................................................... 23

BIBLIOGRAFA. ................................................................................................................................... 25

OBJETIVOS

Comprender la naturaleza de los transitorios electromagnticos en

lneas de transmisin originados por maniobra, as conocer las diversas

tcnicas para su simulacin.

Utilizar el programa de ATP para simular transitorios

electromagnticos por maniobra en lneas de transmisin.

INTRODUCCION TEORICA Sobretensiones de maniobra en alta tensin

La apertura o cierre de interruptores y la operacin de ciertas cargas (de manera

intencional o no), pueden ser una fuente de sobretensiones en el sistema elctrico. Las

sobretensiones por maniobra no son inmediatamente reconocidas ni tan disruptivas como

las sobretensiones atmosfricas pero pueden ocurrir ms frecuentemente. Este tipo de

sobretensiones pueden ser disruptivas y daar los equipos con el tiempo.

Fuentes de sobretensin por maniobra:

Operaciones de un contacto, rel o interruptor.

Conexin o desconexin de bancos de capacitores (tales como los utilizados para la

correccin del factor de potencia)

Descarga de dispositivos predominantemente inductivos (motores,

transformadores, etc.)

Conexin y desconexin de cargas

Falla

Fallas a tierra

Fallas francas

Restablecimiento de sistemas de potencia

Las sobretensiones por maniobra tienen una alta frecuencia (100 Hz a 10 kHz) y decaen

rpidamente, tpicamente dentro de dos o tres ciclos de la frecuencia del sistema y son

seguidas por la tensin nominal. Tpicamente contienen slo uno o pocos picos que son de

inters. Su magnitud y forma de onda dependen del preciso instante cuando el interruptor

acta con respecto a la frecuencia del sistema. Para limitarlas se utilizan supresores de

sobretensiones o resistencias de pre insercin.

Las sobretensiones debidas a maniobra son directamente proporcionales a la tensin del sistema. Las variaciones por maniobra son el factor limitante en la coordinacin del aislamiento para tensiones del sistema arriba de 230 kV. Una de las sobretensiones ms simples y grandes ocurre cuando se energiza una lnea a circuito abierto. Supngase que el interruptor se cierra en el instante en que la tensin de fuente senoidal tiene un valor

mximo de 2. Suponiendo una impedancia de fuente cero, se presenta una onda de

tensin que viaja hacia adelante de magnitud 2. Cuando esta onda llega al extremo receptor del circuito abierto, donde el coeficiente de reflexin TR= + 1, la onda reflejada de tensin superpuesta en la onda hacia adelante produce una tensin mxima de

2 2 = 2.83 V

Ocurriendo tensiones incluso ms altas cuando una lnea se vuelve a cerrar despus de una interrupcinmomentnea. A fin de reducir las sobretensiones debidas a la energizacin o re cierre de la lnea, Normalmente se insertan previamente resistores en los interruptores que operan con tensiones de transmisin, posteriormente dichos resistores se excluyen. Cuando se cierra un interruptor, la tensin de fuente se divide por los resistores pre insertados y la lnea y, por consiguiente, se reduce la tensin inicial. Cuando los resistores se cortocircuitan, se inicia un nuevo transitorio, pero la tensin de lnea mxima puede reducirse mediante un diseo cuidadoso [7]. Las sobretensiones de maniobra pueden ser originadas por procesos de conmutacin. En instalaciones de alta tensin pueden actuar mediante acoplamiento capacitivo (tambin sobre las instalaciones de baja tensin), produciendo en casos especiales sobretensiones de ms de 15 kV. Las sobretensiones de conmutacin en alta tensin pueden producirse a causa de:

Desconexin de una lnea de alta tensin que funcionaba sin carga

En el estado inicial, la capacidad de la lnease encuentra cargada a un valor de tensincaracterstica de la red.En el momento de abrir el interruptor seproduce una diferencia de tensin entre lared y la lnea desconectada que puededesembocar en la aparicin de un arcoinverso entre los contactos del dispositivode desconexin si no estuvieran losuficientemente alejados el uno del otro. Este fenmeno tiene una duracin de algunos milisegundos y puede repetirse varias veces a causa del ajuste del valor de la tensin de red. Se observa una oscilacin amortiguada de algunos cientos de kHz, que tiene una amplitud mxima equivalente a la diferencia de tensin entre los contactos en el momento de la aparicin del arco inverso, y puede llegar a ser mucho mayor que el valor eficaz de la tensin de red.

Desconexin de un transformador de marcha en vaco.

Un transformador, adems de suinductividad, tiene tambin una capacidadde bobinado. Al desconectar un transformador que trabaja en vaco, esta capacidad se debe cargar utilizando la energa donada por el campo magntico. El circuito formado por la inductancia y la capacidad contina oscilando hasta que la totalidad de la energa en la resistencia hmica de este circuito se haya transformado en calor por efecto Joule. Las sobretensiones de este tipo pueden llegar a presentar, al igual que en el caso anterior, valores de amplitud que superan en mucho los de la tensin de red.

Derivacin a tierra en redes aisladas de tierra

Si en el conductor exterior de una red nopuesta rgidamente a tierra se produce unaderivacin a tierra, el potencial de latotalidad del sistema de conductores sealtera con el valor de la tensin de tierraconductordel conductor afectado. Si se produce el arco voltaico, tendrn lugar los mismos procesos que en el caso de desconexin de un condensador, y surgirn sobretensiones de conmutacin en forma de una oscilacin atenuada. Adems de estas sobretensiones de conmutacin en el lado de la alta tensin, que repercuten capacitivamente sobre las instalaciones de baja tensin, las variaciones repentinas de la intensidad producidas en instalaciones de alta tensin pueden dar lugar en instalaciones de baja tensin a sobretensiones, a causa de acoplamientos inductivos. Estas alteraciones de intensidad pueden originarse por: Conexin o desconexin de una carga grande. Presencia de un cortocircuito, de un cortocircuito de derivacin a tierra o de una

doble derivacin a tierra. Supresin de un cortocircuito, de un cortocircuito de derivacin a tierra o de una

doble derivacin a tierra. Mediciones efectuadas en conductores de baja tensin dentro de instalaciones de alta tensin han demostrado que, en caso de procesos de conmutacin en el lado de la alta tensin, se pueden presentar sobretensiones con valores puntas superiores a 15 kV.

Sobretensiones transitorias de maniobra en baja tensin

Las sobretensiones que se producen enlas lneas de baja tensin por maniobra sonprincipalmente: la desconexin de cargasinductivas, la desconexin de lasinductancias en la rama serie del circuitode corriente y los disparos de los elementos de proteccin.

- Desconexin de cargas inductivas

Desconexin de cargas inductivasconectadas en paralelo a la fuente detencin como, por ejemplo, transformadores, bobinas de reactancias, bobinas de rels o contactores. Las sobretensiones de conmutacin que aparecen se producen por un funcionamiento similar al comentado anteriormente en el caso de desconexin de un transformador de alta tensin de funcionamiento en vaco.

- Desconexin de inductancias en la rama serie del circuito de corriente

Este fenmeno aparece al utilizarse inductancias, como bobinas longitudinales, bucles de conductores e inductancias del conductor, que pretenden mantener el flujo de la corriente incluso en caso de interrupcin del circuito.

La amplitud de la sobretensin depende principalmente de la corriente que circula por esta inductancia justo en el momento de producirse la desconexin.

DESARROLLO

Se muestra la simulacin de dos lneas de transmisin de 230 kV con una longitud de 100

km, cada una. Para esto se utilizan las dimensiones de la torre mostradas en la figura 1. El

conductor utilizado para este caso es el de calibre 1113 KCM ACSR (Blue Jay).

Figura 1. Dimensionamiento de la torre.

En la figura 2 se muestran las acotaciones de las torres.

Figura 2. Distancias entre torres.

En la figura 3 se muestra el circuito de ambas lneas de transmisin.

Figura 3. Circuito de lneas de transmisin.

El circuito de simulacin se muestra en la figura 4.

Figura 4. Circuito simulado en ATP

Para realizar la simulacin se considera que ambos circuitos estn energizados, pero al

ocurrir una falla en el circuito 1 el interruptor 1 se abre para liberar dicha falla, una vez

que el disturbio desapareci el interruptor 1 se cierra para darle continuidad al servicio.

En la simulacin se muestra el re cierre del interruptor 1, as como las sobretensiones

inducidas en el circuito 2.

Considerando que:

= 2 = 230 2 = 325.2691 = 1.0

En la figura 5 se observa que en la fase A se present la mayor sobretensin de

aproximadamente de 2.1268 pu, por tanto se tiene que en la fase A se present una

sobretensin de:

= 325.2691 2.1268 = 691.7823

Figura 5. Maxima sobretension presentada en la fase A.

En la figura 6, se observa una sobretensin de 1.4484 pu en la fase B, lo que corresponde

a:

= 325.2691 1.4484 = 471.1197

Figura 6. Maxima sobretension presentada en la fase B.

En la figura 7, la fase C se mostr una sobretensin de 1.3356 pu, lo que corresponde a:

= 325.2691 1.3356 = 434.4294

Figura 7. Maxima sobretension presentada en la fase C.

En la figura 8 se puede observar que en las fases indujo una sobretensin, (aunque

menores que en el circuito 1, por supuesto).

Figura 8. Sobretensiones inducidas en el circuito 2.

En las figuras 8, 9 y 10 se observan las comparaciones entre las fases del circuito 1 con las

del circuito 2.

Figura 9. Comparacin de la fase A del circuito 1 con la fase A del circuito 2

Figura 10. Comparacin de la fase B del circuito 1 con la fase B del circuito 2

Figura 11. Comparacin de la fase C del circuito 1 con la fase C del circuito 2

Caso 2

Considerando que:

= 2 = 230 2 = 325.2691 = 1.0

En la figura 12 se observa que en la fase A se present la mayor sobretensin de

aproximadamente de 2.0499 pu, por tanto se tiene que en la fase A se present una

sobretensin de:

= 325.2691 2.0499 = 666.7691

Figura 12. Maxima sobretension presentada en la fase A.

En la figura 13, se observa una sobretensin de 2.771 pu en la fase B, lo que corresponde

a:

= 325.2691 2.2771 = 740.6702

Figura 13. Maxima sobretension presentada en la fase B.

En la figura 14, la fase C se mostr una sobretensin de 2.002 pu, lo que corresponde a:

= 325.2691 2.002 = 651.187

Figura 14. Maxima sobretension presentada en la fase C.

En la figura 15 se puede observar que en las fases se indujo una sobretensin, (aunque

menores que en el circuito 1, por supuesto).

Figura 15. Sobretensiones inducidas en el circuito 2.

En las figuras 16, 17 y 18 se observan las comparaciones entre las fases del circuito 1 con

las del circuito 2.

Figura 16. Comparacin de la fase A del circuito 1 con la fase A del circuito 2

Figura 17. Comparacin de la fase B del circuito 1 con la fase B del circuito 2.

Figura 18. Comparacin de la fase C del circuito 1 con la fase C del circuito 2

Torrede 400KV

Considerando que:

= 2 = 400 2 = 565.6854 = 1.0

En la figura 19 se observa que en la fase A se present la mayor sobretensin de

aproximadamente de 2.0387 pu, por tanto se tiene que en la fase A se present una

sobretensin de:

= 565.6854 2.0387 = 1153.2628

Figura 19. Maxima sobretension presentada en la fase A.

En la figura 20, se observa una sobretensin de 1.9294 pu en la fase B, lo que corresponde

a:

= 565.6854 1.9294 = 1091.4334

Figura 20. Maxima sobretension presentada en la fase B.

En la figura 21, la fase C se mostr una sobretensin de 2.0803 pu, lo que corresponde a:

= 325.2691 2.0803 = 1176.7953

Figura 21. Maxima sobretension presentada en la fase C.

En la figura 22 se puede observar que en las fases del circuito 2 se indujo una

sobretensin, (aunque menores que en el circuito 1, por supuesto).

Figura 22. Sobretensiones inducidas en el circuito 2.

En las figuras 23, 24 y 25 se observan las comparaciones entre las fases del circuito 1 con

las del circuito 2.

Figura 23. Comparacin de la fase A del circuito 1 con la fase A del circuito 2

Figura 24. Comparacin de la fase B del circuito 1 con la fase B del circuito 2

Figura 25. Comparacin de la fase C del circuito 1 con la fase C del circuito 2

CONCLUSINES

CONTRERAS SERNA LUIS ALBERTO

Se observ y analizo las sobre tensiones originadas por maniobras en lneas de

transmisin as mismo se realiz la simulacin para dos casos en caso 1, dos

interruptores 1 abra primerio mientras el otro se mantena abierto y el caso dos cuando

los dos se cerraban en tiempos distintos, con estos logramos observar el comportamiento

de cada fase reaccionando a las sobre tensiones por maniobra (cierre de interruptores),

recordando que para tensiones mayores a 230 KV son ms importantes las sobre

tensiones pro maniobra que por descarga atmosfrica y para sistemas menos a 230 KV es

ms importante la sobre tensin por descarga atmosfrica.

ESTRADA HERNANDEZ DIEGO ESAU

Un transitorio electromagntico es definido como la manifestacin externa de un cambio

sbito en las condiciones de un circuito, por ejemplo al abrir o cerrar un interruptor o

cuando ocurre una falla. Son del tipo electromagntico y electromecnico, las primeros

son ms lentos que los segundos, puesto que su frecuencia est por debajo de los 100 Hz.

En trminos generales un transitorio se presenta como la presencia de cualquier

perturbacin en el sistema de potencia.

Para el caso que se desarrolla en la prctica es un transitorio originado por maniobra dado

que se simula el cierre de un interruptor, usando los datos de la lnea y los parmetros

distribuidos de esta. En el primer caso se observa que la fase A, es 2.1 veces mayor que la

tensin nominal mientras que en la fase B es 1.4 veces mayor y en la fase C 1.3 veces

mayor. As mismo la mxima sobretensin inducida en la segunda lnea alcanza el orden

de 0.2 veces la tensin nominal del sistema, considerando que la segunda lnea esta des-

energizada.

Para el segundo caso modificando las condiciones de cierre de los interruptores se obtuvo que en

la fase A la sobretensin fue 2 .0 veces mayor, en la fase B fue 2.2 veces mayor y en la C 2.0 veces

mayor. Estos resultados muestran que en ambas fases es posible obtener transitorios similares.

Los transitorios son importantes dado que para el diseador de aislamiento debe considerar los

niveles de tensin presentes en el sistema de potencia.

PACHECO MONTIEL JESUS

Las sobretensiones por maniobra son un caso de estudio muy importante para las lneas mayores

de 250 kV. En este caso se ha comprobado en ATP el comportamiento de la onda sinusoidal de la

tensin cuando ocurre una sobretensin por maniobra. Se observa que la frecuencia a la cual

ocurre es baja a comparacin de la sobretensin por descarga atmosfrica pero sobre todo que la

magnitud que alcanza es mucho menor y dura algunos ciclos. El origen de estas sobre tensiones se

debe principalmente a la desconexin de lneas de transmisin, la conexin de bancos de

capacitores, la desconexin de cargas inductivas y por la falla de alguna fase. En cuanto al tipo de

onda que se propaga con la apertura o cierre del interruptor, es de un tiempo muy largo 250 s de

subida y 2500 de bajada. Las principales consecuencias de estas sobretensiones son el arqueo o

explosin en los interruptores y la tensin inducida en conductores vecinos. Por ltimo para su

anlisis con el software, fue necesario introducir los datos no slo de tensin de la lnea (400 kV),

sino tambin el tipo de torre, altura de los conductores (y algunas de sus caractersticas) y nmero

y ubicacin de los hilos de guarda.

PEREZ CALVA ALEJANDRO.

Con la realizacin de esta prctica se logr realizar la simulacin en el software de ATP de

sobretensin por maniobra ya que existen varios tipos de operaciones con interruptores

en esta prctica se realizaron 2 casos con 250 kv y 400kv, en el caso de 250 kves de gran

importancia el cierre de interruptores secuenciales y se logr ver con el simulador que la

fase A tuvo una gran sobretensin que aproximadamente era del triple, en comparacin

con fases restantes. Con relacin al caso 2 de 400 kv se logr observar que las

sobretensiones son de aproximadamente del doble en las fases b y c adems los factores

que hacen variar estas sobretensiones son la distancia y en la simulacin el tiempo que

asignemos. La importancia de esta prctica es debido a que las sobretensiones en lneas

de transmisin es una prueba que debe realizarse para la sobretensiones drsticas y la

proteccin del equipo en operacin y dispositivos de principalmente en el aislamiento.

PEREZ DURAN SILVIA GABRIELA

Al realizar estas simulaciones de sobretensiones por maniobra de interruptores y observar

los resultados obtenidos, como sobretensiones casi del doble de la tensin nominal, es

importante que si en algn momento diseemos una torre de transmisin consideremos

no solo la tensin nominal, sino tambin las sobretensiones transitorias para la correcta

seleccin de los niveles de aislamiento del equipo y de los dispositivos de proteccin

contra aumentos repentinos de tensin como por ejemplo los apartarrayos.

BIBLIOGRAFA.

http://www.nemasurge.org/history/

http://w3.usa.siemens.com/datapool/us/SmartGrid/docs/pti/2006June/Temporary_Overv

oltages_Following_Transformer_Energizing.pdf

http://www.schneiderelectric.es/html/limitadoresdesobretensiones/docs/guia_proteccio

n_capitulos/capitulo_04.pdf

A. Greenwood, ElectricalTransients in PowerSystem, 2a. ed., WileyInterscience.