8/20/2019 Modelado de los Elementos de un Sistema Eléctrico de Potencia

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Objetivo

Identificar los parámetros que intervienen en un sistema eléctrico de potencia.

Introducción

Para poder estudiar un sistema eléctrico de potencia se debe crear una

representación de las características y elementos que conforman al sistema de

potencia, con el fin de facilitar su entendimiento. Esta representación nos permite

estudiar el comportamiento del sistema en condiciones normales o anormales en

el sistema de potencia. La representación más sencilla de un sistema de potencia

consiste de un diagrama en el cual se coloca toda la información de los elementos

y estructuras que constituyen al sistema de potencia. La composición de este

diagrama depende del análisis que se va a llevar a cabo, existen dos tipos de

diagramas que se pueden realizar:

Diagrama Unifilar:  es una representación general del sistema en forma

informativa. Permite una representación del sistema de forma simple y muestra los

datos más importantes o características del sistema.

Diagrama de Impedancia:  representación de cada uno de los elementos que

conforman el sistema de potencia con sus valores. Es parecido al diagrama

unifilar, pero muestra las impedancias de todos los elementos del sistema, permite

el cálculo de las variables eléctricas del sistema a partir de ecuaciones.

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Este tipo de diagramas se encuentran normalizados o estandarizados, y cada

elemento del sistema de potencia cuenta con un símbolo que lo representa. Los

símbolos pueden variar según el país o la empresa que realice el estudio.

Desarrollo

Parámetros del Circuito Equivalente de un Transformador

El transformador de potencia es el elemento del sistema de potencia que se

encarga de modificar los niveles de tensión y corriente, adaptándolos a los

requerimientos del sistema.

Circuito Equivalente de un Transformador:

Del circuito equivalente del transformador se observan los siguientes parámetros:

 jXM = Reactancia de Magnetización.

RC =  Resistencia representativa de las pérdidas de potencia activa en el núcleo

(histéresis y corrientes parásitas).

Xp, Xs = Reactancias de dispersión del primario y secundario.

Rp, Rs = Resistencia de los conductores primario y secundario.

Np, Ns  =  son el número de espiras en el lado primario y secundario,

respectivamente.

Vp, Vs  =  La tensión aplicada al transformador y la tensión aplicada a la carga,respectivamente.

Otros parámetros que se pueden conocer son las corrientes del lado primario y

secundario, y la corriente de magnetización, también existe una corriente debido a

la histéresis y a corrientes parasitas.

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Para obtener estos parámetros es necesario realizar pruebas que de algún modo

nos permitan medir o calcularlos. Dos de las pruebas que se realizan para llevar

acabo esto son: la prueba de vacío y la prueba de cortocircuito.

Prueba de Vacío

En esta prueba se realiza con el lado secundario sin carga, se debe alimentar el

lado primario con la tensión nominal, se toman mediciones de la tensión, de la

corriente y de la potencia en vacío. En estas condiciones, toda la corriente de

entrada debe fluir a través de la rama de excitación. Con estos datos se puede

obtener el factor de potencia, la magnitud y el ángulo de la impedancia de

excitación, con esto es posible calcular las pérdidas y la reactancia de

magnetización.

Prueba de Cortocircuito

La prueba de cortocircuito se utiliza para determinar los valores de Xp, Xs, Rp, y Rs.

Se debe poner en corto circuito el lado secundario del transformador y se aplica

una tensión baja al lado primario, se debe alcanzar la corriente nominal. Se toman

lecturas de tensión aplicada y de potencia activa consumida. Como la tensión

alimentada es muy baja, la corriente que fluye por la rama de excitación es muy

baja y toda la caída de tensión en el transformador se atribuye a los elementos del

circuito en serie. Se puede obtener el factor de potencia, la magnitud y el ángulo

de la impedancia en serie. Con esto es posible obtener los parámetros restantes

del circuito.

Parámetros del Circuito Equivalente de un Generador Síncrono

Las máquinas síncronas son empleadas en los sistemas eléctricos de potencia

como generadores de potencia activa y reactiva, aunque en ocasiones se emplean

en forma exclusiva para la generación de potencia reactiva o como condensador

síncrono.

Circuito Equivalente por fase de un generador síncrono

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Del circuito equivalente se pueden conocer los siguientes parámetros del

generador.

X 

= Reactancia de dispersión

Xm = Reactancia de

Ra = Resistencia del devanado de la fase

Va = Tensión de terminales del estator fase-neutro

Xs = Xm + X 

= Reactancia sincrónica

Prueba de Vacío

Esta prueba consiste, como dice su nombre, en colocar el Generador en vacío, es

decir sin carga alguna en sus bornes, haciéndola girar a su velocidad nominal y

con corriente de campo igual a cero. Al ir aumentando gradualmente el valor de la

corriente de campo, se obtienen diversos valores de tensión inducida y ya que la

corriente que circula por la armadura siempre será cero debido que se encuentra

en vacío, se obtendrá que la tension inucida sera igual a la tensión generada.

Gracias a ésta prueba, con los valores obtenidos, se puede formar "La curva de

Características de Vacío" que permite encontrar la tensión interna generada por

una corriente de campo dada. 

Prueba de Corto Circuito

Finalmente se tiene la prueba de cortocircuito, el cual consiste en llevar

nuevamente la corriente de campo a cero, para luego cortocircuitar los bornes del

generador y proseguir a ir incrementando la corriente de campo, obteniéndose la

siguiente gráfica.

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¿Para qué sirve un análisis de flujos de potencia? 

En ingeniería eléctrica, el estudio de flujo de potencia, también conocido

como flujo de carga, es una herramienta importante que involucra análisisnumérico aplicado a un sistema de potencia. En el estudio del flujo de potencia

usualmente se usa una notación simplificada tal como el diagrama unifilar y

el sistema por unidad, y se centra en varias formas de la potencia

eléctrica AC (por ejemplo, voltajes, ángulos de los voltajes, potencia activa y

potencia reactiva). Este estudio analiza los sistemas de potencia operando en

estado estable. Existen varios software que implementan el estudio del flujo de

potencia. 

El propósito del análisis de Flujo de potencia es calcular con precisión los voltajes

(tensiones) de estado estacionario en todos los buses de una red, y a partir de esecálculo los flujos de potencia real y reactiva en cada una de las líneas y

transformadores, bajo la suposición de generación y carga conocidas. Su función

básica consiste en importantes detalles: modelar controles tales como

derivaciones cambiantes en transformadores, potencia de salida reactiva de

generadores y áreas de intercambio.

¿Para qué sirve un análisis de fallas en un sistema de generación?

Las corrientes que fluyen en las diferentes partes de un sistema de potencia

inmediatamente después de que ocurre una falla difieren de aquellas que fluyen

unos ciclos más tarde justo antes de que los interruptores sean llamados a abrir la

línea en ambos lados de la falla. En el análisis de fallas se calculan los valores de

esas corrientes para los diferentes tipos de fallas en varios puntos del sistema. Los

datos que se obtienen de los cálculos de fallas sirven para determinar los valores

de operación de los relevadores que controlan los interruptores.

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Conclusiones

Durante la investigación que realice para realizar esta práctica encontré que otros

elementos muy importantes que también son considerados en el modelado de un

sistema eléctrico de potencia son: las líneas y las cargas. En el laboratorio vimos

el modelado de una línea, el cual varía según la longitud de la misma.Personalmente me gustaría poder investigar más sobre el modelado de las cargas

en un sistema eléctrico de potencia. En esta práctica se identificaron los

elementos de un sistema eléctrico de potencia y como se deben representar los

elementos que lo conforman, algo que normalmente suele causarme problema es

la nomenclatura o los símbolos que se utilizan para representar estos elementos,

no he encontrado algún documento en el que se describa a detalle la

nomenclatura y símbolos utilizados en México para un diagrama unifilar. Otro

concepto con el que me encontré en la investigación fue el diagrama de

reactancias, también será un concepto que investigaré por mi cuenta si es que no

lo llego a cubrir en alguna clase.

Bibliografía

Máquinas Eléctricas, 3ra Edición, Chapman, Editorial McGraw Hill

Notas de clase de máquinas eléctricas II

Notas de clase de máquinas eléctricas III

 Análisis de Sistemas de Potencia, Grainger, Stevenson, Editorial McGraw Hill

http://ocw.uc3m.es/ingenieria-electrica/maquinas-electricas-de-corriente-

alterna/material-de-clase-1/capitulo-iii-maquina-sincrona  

http://www.ptolomeo.unam.mx:8080/xmlui/bitstream/handle/132.248.52.100/630/A

4.pdf?sequence=4 

http://www.electrocon.com/powerflow_sp.php  

http://fglongatt.org/OLD/Archivos/Archivos/SP_I/PPT2.1.RepreSP.pdf