el uso del software pscad para el análisis de sistemas
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Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas
Facultad de Ingeniería Eléctrica
Departamento de Electroenergética
TRABAJO DE DIPLOMA
El uso del software PSCAD para el análisis de
Sistemas Eléctricos
Autor:
Victor Hugo Izaguirre Miranda.
Tutor:
Dra. Marta Bravo de las Casas
Msc. Pedro Bermúdez Navarro
2006
“AÑO DE LA REVOLUCIÓN ENERGÉTICA”
Santa Clara
Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas
Facultad de Ingeniería Eléctrica
Departamento de Electroenergética
TRABAJO DE DIPLOMA
El uso del software PSCAD para el análisis de
Sistemas Eléctricos
Autor: Victor Hugo Izaguirre Miranda.
Tutor: Dra. Marta Bravo de las Casas
Msc. Pedro Bermúdez Navarro
2006
“AÑO DE LA REVOLUCIÓN ENERGÉTICA”
Santa Clara
Hago constar que el presente trabajo de diploma fue realizado en la Universidad Central
“Marta Abreu” de Las Villas como parte de la culminación de estudios de la especialidad
de Ingeniería Eléctrica, autorizando a que el mismo sea utilizado por la Institución, para los
fines que estime conveniente, tanto de forma parcial como total y que además no podrá ser
presentado en eventos, ni publicados sin autorización de la Universidad.
Firma del Autor
Los abajo firmantes certificamos que el presente trabajo ha sido realizado según acuerdo de
la dirección de nuestro centro y el mismo cumple con los requisitos que debe tener un
trabajo de esta envergadura referido a la temática señalada.
Firma del Autor Firma del Jefe de Departamento
donde se defiende el trabajo
Firma del Responsable de
Información Científico-Técnica
i
PENSAMIENTO
Por más difícil que se nos presente una situación, nunca dejemos de buscar la salida, ni de
luchar hasta el último momento. En momentos de crisis, sólo la imaginación es más
importante que el conocimiento
Albert Einstein.
ii
DEDICATORIA
A la memoria de mi padre que desde un lugar cercano a Dios regó su bendición hacia mí,
porque estuvo presente durante este largo período de estudios ayudándome a cumplir mi
sueño.
iii
AGRADECIMIENTOS
A:
Dios por tenerme siempre de su mano y por guiarme por el sendero del bien pero sobre
todo por cuidar de mi padre.
Mi familia por compartir mi sueño.
Cuba por ser el lugar donde vi mi anhelo hecho realidad.
La oficina de becarios extranjeros, por su ayuda incondicional.
Amelia Vega F. por todo el amor que me brindo.
Mis tutores y profesores por depositar en mi su confianza y sus conocimientos.
Arnaldo, esposa e hijos por abrirme su corazón.
Karina Giraldo por enseñarme el valor de la vida y de la verdad.
Todos los amigos míos de las diferentes nacionalidades.
Mis compañeros de grupo, por aceptarme como uno de ellos.
iv
TAREA TÉCNICA
Para la elaboración del trabajo se tuvieron en cuenta los siguientes aspectos:
1. Revisión bibliográfica: diferentes textos de estudios de la carrera de donde se
obtuvo la información necesaria para la elaboración de los proyectos.
2. Resumen: desarrollo y traducción del software de simulación PSCAD, descripción
detallada de su contenido y su funcionamiento en los sistemas eléctricos de
potencia. Uso constante de la ayuda.
3. Simulación de ejemplos típicos de Sistemas Eléctricos de Potencia: para la mejor
comprensión de las potencialidades del software.
4. Realizar un proyecto real aplicado a las protecciones eléctricas en una red de doble
alimentación, donde se obtuvieron todas las respuestas deseadas.
.
Firma del Autor Firma del Tutor
v
RESUMEN
En el presente trabajo se hace un resumen de las potencialidades y la versatilidad del
software de simulación de Sistemas Eléctricos de Potencia denominado PSCAD (Power
System Computer Aided Design).
En el capitulo I se realiza una breve introducción al PSCAD y la descripción detallada de
cada una de las bibliotecas que trae consigo, mostrando sus facilidades de uso por medio de
un ejemplo sencillo, un circuito eléctrico elemental.
El capitulo II se muestran varias de sus aplicaciones. Se confeccionan algunos ejercicios de
rutina en lo que respecta a los Sistemas Eléctricos de Potencia que ayudan al usuario en el
adiestramiento del software en lo que respecta a la conformación de distintas redes
eléctricas con condiciones de proyecto y físicas diferentes. Esto permitirá que
posteriormente el usuario sea capaz de diseñar ejemplos reales. Se muestra con esto algunas
de las potencialidades del PSCAD. Se describe el uso de los modelos de las líneas de
transmisión, medida del flujo de potencia y por último el análisis de una falla monofásica.
El capitulo III se hace un estudio del comportamiento de una protección de distancia
ubicada en una línea eléctrica con doble alimentación, para ello se trabajó con la línea del
Sistema Eléctrico Nacional de Cuba, Vicente- Nuevitas 220kV la cual está protegida con un
relé de distancia tipo Mho. Para el análisis de la protección se ubican cortocircuitos en
varios puntos de la línea. Por último se realiza una comparación con una protección de
distancia con una característica tipo impedancia.
vi
TABLA DE CONTENIDOS
PENSAMIENTO .....................................................................................................................i
DEDICATORIA .................................................................................................................... ii
AGRADECIMIENTOS........................................................................................................ iii
TAREA TÉCNICA................................................................................................................iv
RESUMEN .............................................................................................................................v
INTRODUCCIÓN ..................................................................................................................1
CAPÍTULO I.........................................................................................................................3
I.1 ¿Qué es el PSCAD? .....................................................................................................3
I.2 Breve historia del PSCAD. [3], [5], [6] ......................................................................3
I.3 Estudios típicos posibles a hacer con el PSCAD.......................................................6
I.4 Conceptos Previos. ......................................................................................................7
I.4.1 Los ficheros relacionados con el PSCAD. [3], [6] ..............................................7
I.4.2 Las librerías de componentes. .............................................................................7
I.4.3 El Entorno Gráfico.............................................................................................10
I.4.5. Limites de la Simulación. [3], [6] .....................................................................11
I.4.6 Requerimientos de software y hardware. [3], [5], [6] .....................................12
I. 5 Primera Simulación..................................................................................................13
I 5.1 Crear el Proyecto [3], [6] ...................................................................................13
vii
I.6 Ejemplo de diseño de un esquema eléctrico............................................................15
2: Simulación y Resultados ............................................................................................19
CAPITULO II .....................................................................................................................22
II.1 INTRODUCCIÓN. ..................................................................................................22
II.2 ESTUDIO DE LOS MODELOS DE LÍNEAS Y FALLAS EN LAS MISMAS.22
II.2.1 Configuración Del “Project Settings”. ............................................................24
II.2.2 Configuración de la fuente de generación. .....................................................25
II.2.3 Configuración de la Línea de Transmisión Aérea:........................................26
II.2.4 Configuración del Multímetro.........................................................................28
II.2.5 Cargas:...............................................................................................................29
II.2.6 Simulaciones. .....................................................................................................30
II.3 FALLA A TIERRA DE UNA FASE DEL CIRCUITO GENERAL. .................32
II.4 EJEMPLO DE UN BLOQUE GENERADOR TRANSFORMADOR. ..............37
II.4.1 Descripción:.......................................................................................................37
CAPITULO III....................................................................................................................40
III.1 Introducción. ...........................................................................................................40
III.2 Conceptos previos a tener en cuenta para la correcta comprensión del ejemplo.
..........................................................................................................................................41
1. Factores que afectan la medición de la impedancia a la falla [Altuve,
Warrington, Mason, Iriondo, ABB]:.............................................................................41
2. Efecto de las fuentes intermedias. (“Infeed”). ..................................................42
3. Resistencia de Arco. ............................................................................................44
4. Acoplamiento Mutuo entre Circuitos: ..............................................................45
5. Corriente de Magnetización (Inrush). ..............................................................46
6. Transformadores de Medida: ............................................................................48
viii
7. Líneas no transpuestas: ......................................................................................49
III.3 Requisitos de las protecciones. ..............................................................................50
III.3.1 Sensibilidad (Para la simulación hasta un 75% del valor de la línea)........50
III.3.2.Selectividad (Para la simulación hasta un 85% del valor de la línea)........50
III.3.3 Rapidez.............................................................................................................51
III.3.4 Fiabilidad. ........................................................................................................51
III.4 Funciones de protección. .......................................................................................52
III.4.1 Curvas características.....................................................................................52
III.5 Funciones básicas de protección. ..........................................................................54
III.6 Teleprotecciones .....................................................................................................55
III.7 Filtrado de la Señal. ...............................................................................................56
III.7.1 Aliasing.............................................................................................................56
III.8 Filtrado Digital. ......................................................................................................56
III.9 SIMULACIONES: .................................................................................................61
REFERENCIAS BIBLIGRÁFICAS.................................................................................72
CONCLUSIONES ..............................................................................................................73
RECOMENDACIONES ....................................................................................................75
INTRODUCCIÓN 1
INTRODUCCIÓN
Los últimos 10 años del siglo pasado estuvieron marcados por un desarrollo en todas las
ramas del conocimiento y en el desarrollo industrial, lo cual ha provocado un incremento
notable en consumo de electricidad en todas las esferas. Este uso masivo de la electricidad
provocó un desarrollo de las redes de transmisión de energía eléctrica y de su generación.
Los Sistemas Eléctricos modernos abarcan grandes extensiones territoriales, que tienen
entre sus particularidades la unificación de centrales generadoras en sistemas eléctricos y la
unificación de estos entre sí, formando potentes sistemas de importancia nacional e
internacional teniendo una mayor confiabilidad al servicio eléctrico.
Todo este desarrollo ha traído como consecuencias que se necesiten nuevas técnicas de
análisis de las redes eléctricas, las cuales ahora son muy complejas. Estas técnicas han sido
favorecidas por el avance en las tecnologías de la información, donde las técnicas
numéricas para el análisis de los Sistemas Eléctricos de Potencia (SEP) son una realidad.
Dentro de la rama de la electricidad son muchos los procesos que se pueden modelar y
simular con las poderosas herramientas de simulación actuales. Estas herramientas han
impulsado el desarrollo de nuevos algoritmos y métodos de análisis de los diferentes
circuitos eléctricos mejorando ostensiblemente su exactitud y calidad.
Se han desarrollado por diferentes firmas numerosos softwares profesionales de análisis de
SEP entre los que se pueden mencionar los simuladores ATP - EMTP [7-8] y el PSCAD
[1]. Se puede mencionar también el MATLAB y SIMULINK [9]
Con todas estas herramientas se pueden probar variantes de soluciones que jamás el hombre
pensaba realizar, con un mínimo de esfuerzo y con ello garantizar un estudio más profundo
INTRODUCCIÓN 2
de las particularidades de un determinado circuito, sin necesidad de hacerlo
experimentalmente, con el consabido ahorro final en tiempo.
Se puede saber de antemano cual será la respuesta de un sistema dado ante diferentes
señales o disturbios y las soluciones que se tendrán que tomar. En los mismos son posibles
simular desde circuitos eléctricos sencillos y complejos sin las restricciones a las que se
está acostumbrado para facilitar los cálculos.
En el presente trabajo se hace un resumen de las potencialidades y la versatilidad del
software de simulación de Sistemas Eléctricos de Potencia denominado PSCAD (Power
System Computer Aided Design). Se confeccionan varios ejemplos de aplicaciones típicas
en el mismo para comprobar lo anterior.
En el capitulo I se hace una introducción al PSCAD. Se muestran las potencialidades del
software en cuanto a posibles aplicaciones, los requerimientos de hardware y software y se
realiza una descripción detallada de cada una de sus bibliotecas, mostrando sus facilidades
de uso por medio de un ejemplo sencillo, un circuito eléctrico elemental de CA, un circuito
RL.
El capitulo II se muestran varias de sus aplicaciones, se describe el uso de los modelos de
las líneas de transmisión, medida del flujo de potencia y por último el análisis de una falla
monofásica.
El capitulo III se hace un estudio del comportamiento de una protección de distancia
ubicada en una línea eléctrica con doble alimentación, para ello se trabajó con la línea del
Sistema Eléctrico Nacional de Cuba, Vicente- Nuevitas 220kV la cual está protegida con un
relé de distancia tipo Mho. Para el análisis de la protección se ubican cortocircuitos en
varios puntos de la línea. Por último se realiza una comparación con una protección de
distancia con una característica tipo impedancia.
CAPÍTULO 1.DESCRIPCIÓN GENERAL DEL SOFTWARE PSCAD
3
CAPÍTULO I
“DESCRIPCIÓN GENERAL DEL SOFTWARE PSCAD”
I.1 ¿Qué es el PSCAD?
El PSCAD son las siglas de Power System CAD, significa Diseño Asistido por Computador
de Sistemas de Potencia. Esta herramienta permite, a partir de la introducción de un
esquema eléctrico, simular su comportamiento y analizar los resultados, todo ello en un
entorno gráfico de manejo sencillo e intuitivo, con un ambiente Windows. Tiene
herramientas de representación de variables, medidores, elementos de control y modelos de
componentes eléctricos tales como: líneas eléctricas, generadores, motores, convertidores e
inversores, etc. [3], [4]: [5], [6]….
Con el PSCAD se puede lograr la estructura esquemática de un circuito eléctrico, hacer su
simulación, analizar los resultados, y manejar los resultados en un ambiente gráfico
completamente integrado. Plotea funciones de manera que el usuario puede alterar los
parámetros del sistema durante la corrida de una simulación y ver los resultados
directamente.
En resumen el PSCAD es un poderoso software de simulación, fácil de trabajar el cual le
que permite al usuario el diseño, mejoramiento y solución de problemas de diferentes tipos
como en la electrónica de potencia, máquinas eléctricas se usa como medio para analizar
redes eléctrica y las protecciones eléctricas en las mismas [5].
I.2 Breve historia del PSCAD. [3], [5], [6]
PSCAD aparece por primera vez en 1988 y a partir de esta fecha comenzó una larga
evolución como una herramienta para generar archivos de datos por el programa de
simulación denominado EMTDC (Transitorios electromagnéticos incluidos Corriente
Directa) [4].
CAPÍTULO 1.DESCRIPCIÓN GENERAL DEL SOFTWARE PSCAD
4
Su forma inicial, versión 1, fue fundamentalmente de tipo experimental. No obstante,
representó un gran adelanto en rapidez y productividad para los usuarios de EMTDC, ya
que en el mismo se podían dibujar los sistemas en lugar de crear inscripciones de texto.
PSCAD se introdujo primero como un producto comercial. La segunda versión que aparece
en 1994 en plataforma Unix, y la misma llegó como una colección de herramientas de
software que realizaban bosquejos de circuitos al mismo tiempo de corrida de la
simulación.
En 1999 Windows realizó la tercera versión donde buscó introducir un sistema de
simulación que se pudiera construir en forma de módulos de trabajo, es decir, se realizaran
sistemas que luego se pueden interconectar por medio de bloques gráficos, compilándolos
de forma independiente y privada. Este sistema a base de módulos mejoró la exactitud de la
simulación. Además esta versión trajo algunas nuevas aplicaciones que integraban
completamente los gráficos y la simulación de los sistemas anteriores, lo que facilitó un
ambiente adecuado para el diseño y la simulación de los Sistemas Eléctricos de Potencia
(SEP).
La versión 4 del PSCAD (la cual tiene variantes) representa lo último en el desarrollo del
software para la simulación de SEP. Esta versión mantiene lo alcanzado en cuanto a la
simulación de sus predecesores, además contiene nuevas representaciones,
perfeccionamientos que mejoran la exactitud y fiabilidad de la simulación. Incorpora
nuevos editores y navegación más fácil lo que significa que esta versión es mucho más
amistosa desde el punto de vista del usuario a la vez que es más poderosa desde el punto de
vista de trabajo. Esto lo hace preferido por la mayoría de los profesionales al momento de
la simulación. Por último se puede resaltar la interfaz que tiene para MATLAB y/o archivos
de Simulink.
PSCAD, y su simulador EMTDC, han estado en desarrollo cerca de 30 años basado en las
ideas y sugerencias dadas por los usuarios y profesionales de la rama, de manera que
puedan ser utilizados de forma lo más sencilla posible a nivel mundial. Esta filosofía del
desarrollo ha ayudado a establecer al PSCAD como uno del software más poderoso en este
momento disponible.
CAPÍTULO 1.DESCRIPCIÓN GENERAL DEL SOFTWARE PSCAD
5
Uno de los puntos fuertes del PSCAD es su librería de componentes, que la utilización
directa en un esquema eléctrico de los componentes más habituales en los sistemas
eléctricos, que va desde elementos pasivos simples y funciones de control, a modelos más
complejos tales como máquinas eléctricas, dispositivos FACTS, líneas y cables de
transmisión, etc. . Si un modelo en particular no existe, PSCAD proporciona la facilidad de
ir construyendo lo que se planea o lo que se necesita por ensamblaje que gráficamente usan
los modelos existentes, utiliza un editor de diseño designado, entre estas componentes
están:
• Resistencias (R), inductancias (L), capacitores (C).
• Inductancias acopladas y transformadores, tanto monofásicos como trifásicos.
• Líneas aéreas y cables.
• Fuentes de voltaje e intensidad.
• Interruptores y conmutadores.
• Componentes de electrónica de potencia como diodos, tiristores e IGBT.
• Funciones de control digital y analógico.
• Máquinas de corriente directa y alterna, con sus sistemas de excitación, regulación
de velocidad y sistemas inerciales.
• Equipos de Medición.
• Convertidores electrónicos, como rectificadores, inversores, HVDC y SVC.
• Aerogeneradores, turbinas y gobernadores
• Protecciones eléctricas.
Este programa está accesible de forma gratuita en su versión de estudiante, así como sus
manuales y ejemplos de aplicación en su página web: http:\\www.pscad.com [1].
CAPÍTULO 1.DESCRIPCIÓN GENERAL DEL SOFTWARE PSCAD
6
I.3 Estudios típicos posibles a hacer con el PSCAD
El espectro de usuarios del PSCAD incluye a los ingenieros y científicos de las empresas,
fabricantes de equipos eléctricos, consultantes, y los profesionales de las instituciones
académicas [3], [6].
Se puede utilizar tanto en la etapa de planificación, funcionamiento y diseño, en la
enseñanza e investigación.
Los siguientes son ejemplos de tipos de estudios desarrollados por el PSCAD [4]:
• Estudiar circuitos de corriente alterna (AC) consistente en máquinas rotatorias,
excitatrices, gobernadores, turbinas, transformadores, líneas de transmisión,
cables, y cargas, etc.
• Coordinación de protecciones.
• Efectos de la saturación en los transformadores.
• Coordinación del aislamiento de los transformadores, interruptores y
descargador.
• Pruebas de impulso de transformadores
• Estudios de resonancia de sub - sincrónica (SSR) en redes con máquinas
eléctricas, líneas de transmisión y sistemas de Corriente Directa de Alto Voltaje
(HVDC).
• Evaluación y diseño de filtros así como análisis de los armónicos.
• Diseño de sistemas de control y coordinación de FACTS y HVDC ; incluyendo
STATCOM VSC, y cicloconvertidores
• Diseño óptimo de parámetros de control.
• Investigación de nuevos circuitos y conceptos de control.
• Operación de los interruptores o breakers cuando son impactados por una
descarga atmosférica o ante cualquier falla.
• Investigación de los efectos transitorios de un motor diesel y de las turbinas de
viento en redes eléctricas
CAPÍTULO 1.DESCRIPCIÓN GENERAL DEL SOFTWARE PSCAD
7
I.4 Conceptos Previos.
I.4.1 Los ficheros relacionados con el PSCAD. [3], [6]
En el PSCAD se generan una serie de ficheros en cada simulación, siendo el principal de
ellos aquel donde se almacena el esquema y cuya extensión es “.psc”, recibiendo cada caso
que se simule el nombre de Project (proyecto). De esta forma si se quiere abrir un esquema
que se haya creado anteriormente se tendrá que ir al comando “Load Project...” del menú
de Inicio, y si se quiere guardar con otro nombre se utilizará el comando “Save Project
as...”. Por cada Project o proyecto, se genera un fichero con el esquema, por ejemplo,
“circuitoAC.psc” y una carpeta, por ejemplo “circuitoAC.emt”, donde se almacenan todos
los ficheros temporales empleados para la simulación.
El PSCAD exige un copilador de Fortran [3] para construir y simular los proyectos. Se
pueden utilizar los siguientes copiladores disponibles comercialmente:
Fortran 5.0 Digital
Compaq Fortran 6.x Visual
Intel Fortran 9.0.x Visual
El copilador de Fortran, llamado el EGCS/GNU Fortran 77 se proporciona en el CD del
PSCAD (o puede obtener a través del sitio web: www.pscad.com [1], el mismo ésta como
un archivo independiente en el caso de la versión estudiante. Este copilador impondrá
algunas limitaciones, las cuales mencionaremos posteriormente.
I.4.2 Las librerías de componentes.
La librería de componentes se llama Master Library una parte de la cual se muestra en la
Figura 1. (Ver en el área de proyecto en la Figura 4 y una muestra de su contenido en la
Figura 1). En ella se encuentran directamente las componentes que se pueden utilizar, y
desde la misma se puede acceder al resto de las librerías de componentes del PSCAD, las
cuales se muestran en la Figura 2.
CAPÍTULO 1.DESCRIPCIÓN GENERAL DEL SOFTWARE PSCAD 8
Entre las librerías se pueden citar:
• HVDC y FACTS, donde están los rectificadores e inversores.
• Power Transformers: Transformadores trifásicos y monofásicos.
• Sources: Fuentes de voltaje e intensidad, dependiente e independientes.
• Faults: Elementos para la simulación de cortocircuitos.
• Breakers: Interruptores
• TLines: Líneas eléctricas
• Meters: Amperímetros, Voltímetros, Watimetros, etc.
• I/O Devices: Elementos de actuación o entrada, como interruptores, pulsadores,
potenciómetros, etc., así como elementos de salida para la representación gráfica de
resultados.
• Passive: Configuraciones RLC más habituales.
• Machines: Modelos de las máquinas eléctricas de inducción, sincrónicas, así como sus
elementos de regulación más usuales en éstas.
CAPÍTULO 1.DESCRIPCIÓN GENERAL DEL SOFTWARE PSCAD 9
Figura 1 Parte del contenido de la librería denominada MASTER LIBRARY.
Figura 2: Librerías del PSCAD accesibles desde MASTER LIBRARY.
CAPÍTULO 1.DESCRIPCIÓN GENERAL DEL SOFTWARE PSCAD 10
I.4.3 El Entorno Gráfico.
El PSCAD es un programa diseñado para trabajar en un entorno Microsoft Windows, de
forma que cuando se inicia el programa aparece la ventana mostrada en la Figura 3.
Figura 3: Entorno gráfico del PSCAD.
Dentro de este entorno gráfico se han de distinguir las siguientes zonas de trabajo:
Área de trabajo: que es la parte central (en blanco en la Figura 3) donde se dibujarán
los sistemas eléctricos.
Área de proyectos: es la ventana donde se muestran los proyectos (esquemas
eléctricos) que se están utilizando y recibe el nombre de WORKSPACE o PROJECTS.
Menú de componentes, donde se sitúan botones con aquellos elementos más utilizados,
tanto eléctricos (Electrical Palette) como de control (Control Palette), y desde donde
CAPÍTULO 1.DESCRIPCIÓN GENERAL DEL SOFTWARE PSCAD
11
podemos utilizar resistencias, conductores de conexión...
Ventana de salida, informa del estado de la simulación, lo errores que pueda tener el
circuito.
Barra principal de herramientas, desde la que se accede a las funciones cerrar y abrir
proyectos, zoom, inicio de la simulación, copiar, pegar, etc.
I.4.5. Limites de la Simulación. [3], [6]
Las limitaciones impuestas por la simulación de un proyecto dependerán principalmente de
la versión utilizada, es decir la estudiante, educacional o profesional, así como del
compilador a usar. En la tabla I y II se muestran comparaciones de las diferentes versiones
mencionadas en cuanto a la edición y el límite del compilador.
Descripción Versión
Estudiante
Versión
Educacional
Versión
Profesional
Número de líneas de transmisión o cables
conductores
20 20 20
Subsistemas 1 25 Ilimitado
Módulos de la página 1 25 Ilimitado
Nodos eléctricos 15 Ilimitado Ilimitado
Tabla I. Límites específicos de la edición.
Descripción Compilador EGCS/GNU
Fortran 77
Compilador Fortran 90
Subsistemas 10 Ilimitado
Nodos eléctricos 200 Ilimitado
CAPÍTULO 1.DESCRIPCIÓN GENERAL DEL SOFTWARE PSCAD
12
Ramas eléctricas 2000 Ilimitado
Transformadores 70 Ilimitado
Líneas de transmisión y cables 50 Ilimitado
Canales de salida 500 Ilimitado
Tabla II. Límites específicos del compilador.
I.4.6 Requerimientos de software y hardware. [3], [5], [6]
Se recomiendan las especificaciones de software y hardware mostradas en la tabla III.
Categoría Mínima Recomendada
Procesador 500 MHz (Pentium 2) 2 GHz (Pentium 4)
Sistema Operativo Windows 98 ó NT
Windows 2000
Windows XP
Windows 2000
Windows XP Pro SP”
Software adicional Digital Visual Fortran 5
Compaq Visual Fortran 6x *
Intel Visual Fortran 9.0x **
Memoria RAM 64 MB 1GB
Disco Duro 500 MB 40 GB (SCCI o IDE)
Monitor SVGA (800 x 600) XGA ( 1280 X 1025)
Otros periféricos Torre CD/-ROM 32 bit
Mouse
Torre CD/-ROM 32 bit
Mouse
CAPÍTULO 1.DESCRIPCIÓN GENERAL DEL SOFTWARE PSCAD 13
Puerto Paralelo, Puerto serie o
USB
Protocolo de red TCP/IP
Puerto Paralelo, Puerto serie
o USB
Protocolo de red TCP/IP
* Se puede usar el EGCS/GNU Fortran 77 de libre acceso, el cual puede ser suficiente para
simular varios casos, pero que tiene limitaciones.
** Se debe instalar uno de los siguientes softwares para el uso IVF 9.0, son el Microsoft
Visual C++ NET 2002 o 2003 o Microsoft Visual Studio. NET 2002 o 2003 (Con Visual
C++ instalado).
I. 5 Primera Simulación
En esta sección se enumeran los pasos para realizar una primera simulación en PSCAD.
I 5.1 Crear el Proyecto [3], [6]
PASO Nº 1: Nuevo proyecto
Se va a crear un nuevo proyecto, lo cual se puede hacer desde el botón correspondiente de
la barra de herramientas o bien desde el menú de manejo de ficheros: “File > New > Case
Ctrl+N” (ver Figura 4).
CAPÍTULO 1.DESCRIPCIÓN GENERAL DEL SOFTWARE PSCAD 14
Figura 4: Crear un nuevo proyecto (desde botón o desde el menú).
Paso No 2: Guardar el proyecto
Para almacenar este proyecto con un nombre distinto se utiliza el comando “saveproyect
As” o bien poniéndole un nombre al momento de aceptar guardar (Save Project as)
PASO Nº 3: El proyecto está creado
Una vez creado y guardado el fichero anterior en la ventana de proyectos debe aparecer el
proyecto creado además de la librería principal (MASTER LIBRARY) y otros proyectos
que se hayan ejecutado anteriormente.
PASO Nº 4: Control de área de proyectos
Cuando se tienen varios proyectos cargados es necesario decirle al programa cual vamos a
utilizar, esto es, cual está activo. El que está activo tiene en azul el ícono , mientras que el
resto está en gris . La librería principal (master) está marcada con el icono verde .
Para activar un proyecto se sitúa el “mouse” sobre su nombre, se hace click con el botón
derecho y aparece el menú de control de proyectos de la Figura 5. En ese momento se sitúa
sobre la opción “Set As Active”. Además, haciendo “doble click” sobre el nombre del
proyecto se verá el esquema asociado a él.
Figura 5: Menú para el manejo de proyectos.
CAPÍTULO 1.DESCRIPCIÓN GENERAL DEL SOFTWARE PSCAD 15
Otros elementos importantes del menú de control de proyectos mostrado en la Figura 5 son:
Projects Setting. donde se definirán los parámetros de simulación.
Set As Active. Se le dice al programa que ese es el proyecto que se va a simular
Open. Se abre un nuevo proyecto
Save. Se guarda el proyecto en disco duro
Save as. Se guarda el proyecto poniéndole un nombre distinto
Unload. Se elimina el proyecto de la lista de proyectos
I.6 Ejemplo de diseño de un esquema eléctrico.
En este ejemplo se diseña un circuito de CA con una fuente de voltaje real, una resistencia
y una inductancia, como el mostrado en la Figura 6, y cuyos parámetros son:
Resistencia: R = 1 Ω
Inductancia: L = 0.1 H
Fuente de voltaje real: Valor eficaz voltaje: E = 230 V, Frecuencia: 60 Hz,
Resistencia Interna: Rg = 0.1 Ω
Este esquema se representó en el PSCAD y, mediante simulación, se mostrarán el voltaje
en la Inductancia y la intensidad en el circuito.
Figura 6. Circuito AC a simular.
Primer paso. Búsqueda y copia de la fuente de voltaje.
Se hace “doble click” sobre Master Librery donde se muestran en el área de trabajo los
CAPÍTULO 1.DESCRIPCIÓN GENERAL DEL SOFTWARE PSCAD 16
elementos de la biblioteca. Se selecciona una fuente de voltaje monofásica, con botón
derecho del “Mouse” aparece el menú desde el de donde se puede copiar el elemento.
Segundo paso. Situar la fuente de voltaje en nuestro esquema.
Tercer paso. Selección de los parámetros de la fuente de voltaje, los cuales son:
Configuration: (principales parámetros de la fuente).
• Source Name: Fuente (nombre de la misma)
• Source Impedance resistive (tipo de impedancia en serie con la fuente).
• Is this source grounded? Yes (decimos si está o no al nodo de referencia).
• Input Method: Internal.
• Source Type: AC (Corriente alterna)
Signal Parameters: (Parámetros nominales de a fuente).
• Mag.: 0.230 kV (magnitud del voltaje de la fuente).
• Frequency: 60 Hz.
• Initial Phase: 0.0o
• Ramp up Time: 0.05 s (tiempo de inicialización, el voltaje de la fuente vale cero al
inicio y tarda 0.05 s en alcanzar los 0.230 kV). Resistance: (Valor de la resistencia interna serie): 0.1Ω.
Inductance: 0 H
Capacitance: 0 F
Monitoring: (variables a monitorear de la fuente)
• Name for source Current: Iout (nombre de la variable asociada a la corriente de la
fuente)
Cuarto paso. Situar y colocarle valores a la resistencia y la inductancia.
Se puede repetir los pasos 1 y 2 para situar una resistencia y una inductancia , o
bien, escogerlas en los botones existentes en los menús de control y elementos. Se Ponen
los valores de la resistencia a 10 Ω y el de la inductancia a 0.01 H haciendo “doble clic”
sobre ellas. Para Rotar los elementos se hace “click” sobre ellos y se pulsa la tecla R.
CAPÍTULO 1.DESCRIPCIÓN GENERAL DEL SOFTWARE PSCAD 17
Quinto paso. Conectar Componentes
Para la conexión eléctrica de los distintos componentes se utiliza el elemento “Wire”
(cable, conexión) que se puede encontrar en la Master Library o directamente en el menú de
elementos.
Los elementos se unen poniendo en contacto sus extremos, o bien uniéndolos con elemento
tipo “wire”. Es muy importante que la longitud del elemento sea exactamente igual a la
distancia que hay entre los elementos. La longitud se varía haciendo “click” en los
extremos y se gira el elemento seleccionándolo y pulsando la tecla R.
En el PSCAD es necesario que en cualquier circuito exista un nodo de referencia o masa, el
cual denomina GROUND y se representa como . Existen muchos componentes que ya
tienen uno de sus extremos a este tipo de nodo.
En el PSCAD dos conductores (wire) que se cruzan pero que no hacen contacto eléctrico se
pueden unir utilizando el elemento “pin” del menú de controles.
Sexto paso. Situación de los equipos de medición y variables a representar.
En el ejemplo situaremos un voltímetro entre uno de los extremos de la inductancia y tierra
para medir el voltaje en este elemento. Para ello se escogerá el voltímetro existente en el
menú de elementos , aunque para ver la colección completa de medidores del PSCAD
hay que ir a la biblioteca: _Master library > [meters]
Una vez representado el circuito y situado los medidores en las variables que se consideran
de interés, hay que indicar al PSCAD cuales son las variables que se desean representar y
como. En este ejemplo hay dos variables representables, el voltaje en la inductancia “Ea” y
la corriente de la fuente “Iout” (ver signal parameters en la fuente de voltaje). Para ello se
escoge en el menú de controles (o en Master Library) el elemento “Data Label” y
el elemento “Output Channel” uniéndolos por medio de un elemento ya conocido por
nosotros llamados wire
Al elemento “Data Label” se le pondrá el nombre de la variable a representar haciendo
CAPÍTULO 1.DESCRIPCIÓN GENERAL DEL SOFTWARE PSCAD 18
“doble click” sobre él, y en el elemento “Output Channel” se especifica como se quiere
representar (título, unidades, factor de escala…) también haciendo “doble click”.
Las variables se representaran una vez realizada la simulación en un grafico (Graph
Frame ) que será necesario configurar. Para ello se escoge del menú (o de Master
Library) el ícono Graph Frame y se sitúa en el área de trabajo. El cuadro que aparece
se escala haciendo “click” y arrastrando los cuadritos verdes que lo rodean.
Haciendo “click” con el botón de la derecha en la barra de título del cuadro recién creado,
aparece el menú de configuración, donde se sitúa el mouse sobre “Add Analog Graph”, de
forma que se añade una grafica de representación. Se añaden tantas Gráficas como veces se
repita este proceso.
Para enviar las variables a las Gráficas recién creadas se utiliza el botón derecho sobre el
“Output Channel” titulado “Tensión Bobina” con lo que aparece el menú mostrado en la
Figura 7 y se pincha sobre “Add as curve”
A continuación se hace “click” con el botón derecho sobre una de las Gráficas y se
selecciona Paste Curve. Se repite el proceso con el otro Output Channel titulado
“Intensidad Circuito” obteniéndose las Gráficas.
Figura 7. Menú de configuración del Output Channel
CAPÍTULO 1.DESCRIPCIÓN GENERAL DEL SOFTWARE PSCAD 19
Séptimo paso. Simulación:
1: Parámetros de simulación
Haciendo “click” con el botón derecho sobre el nombre del proyecto, en este caso aparece
el menú de configuración de proyectos mostrado anteriormente. En este menú escogemos la
opción de “Project Settings”, con lo que aparece la ventana cuyos parámetros más
relevantes son:
• File: Nombre del proyecto que vamos a simular.
• Description: descripción del mismo, se puede poner el texto que se desee.
• Duration Of Run (sec): Tiempo de simulación para el circuito, se escogió 0.5s.
• EMTDC time step (µS): es el tiempo que hay entre dos valores consecutivos a
simular. Por ejemplo, si se quiere simular el comportamiento de una forma de onda
sinusoidal que tiene un periodo de 20ms se tendrá que coger varios puntos por ciclo,
por ejemplo 20 puntos por ciclo. Esto quiere decir que estos puntos estarán
separados 20 ms/20= 1ms (1000 µS).
• PSCAD plot step (µS): Es el tiempo que hay entre dos valores consecutivos
representados en las Gráficas, ha de ser igual o mayor que el valor anterior.
2: Simulación y Resultados
Una vez configurada el Project Settings se realiza la simulación por medio del comando
RUN situado sobre la barra de herramientas o bien desde el menú se puede acceder a:
Build → Run
El PSCAD empezará a compilar el proyecto, el cual quedará representado por el
movimiento de los engranajes de la parte inferior derecha de la ventana.
3: Errores en la simulación
Si una ve iniciada la simulación no aparece ningún resultado o aparece un mensaje de error,
se tendrá que ir a la ventana de salida en “BUILD” y ver los errores del circuito, como se
muestra en la Figura 8 marcados los errores con una flecha roja.
Por ejemplo, el error que aparece en el ejemplo es “Branch is a short”. Si se hace “doble
CAPÍTULO 1.DESCRIPCIÓN GENERAL DEL SOFTWARE PSCAD 20
click” sobre el aparece la línea roja sobre el esquema indicándonos que hemos empleado un
“wire” o conexión demasiado largo. Acortamos la conexión y le volvemos a dar a RUN
y el compilador empieza nuevamente su función.
Figura 8. Ventana de salida con los errores del circuito y su localización en el esquema.
4: Resultados.
Una vez finalizada la simulación los resultados pueden verse en las Gráficas creadas en los
apartados anteriores.
El aspecto de las gráficas se puede variar situados sobre ellas y escogiendo ZOOM, en
“Graph Properties” o simplemente alargando la figura con el cursor del “mouse”, se puede
poner un título, un nombre para ambos ejes, etc. En la Figura 9 se muestran los resultados
obtenidos en el PSCAD.
CAPÍTULO 1.DESCRIPCIÓN GENERAL DEL SOFTWARE PSCAD 21
Figura 9. Estado del programa después de la simulación.
CAPÍTULO 2 EJEMPLOS PARA EL ESTUDIO DE APLICACIÓN DEL PSCAD 22
CAPITULO II
“EJEMPLOS PARA EL ESTUDIO DE APLICACIÓN DEL PSCAD”
II.1 INTRODUCCIÓN.
En este segundo capítulo se confeccionan algunos ejercicios de rutina en lo que respecta a
los Sistemas Eléctricos de Potencia que ayudan al usuario en el adiestramiento del software
en lo que respecta a la conformación de distintas redes eléctricas con condiciones de
proyecto y físicas diferentes. Esto permitirá que posteriormente el usuario sea capaz de
diseñar ejemplos reales. Se muestra con ello la potencialidad de este simulador y su
efectividad en el estudio de los distintos fenómenos que se presentan en las redes de alto
voltaje, los cuales sin la ayuda del mismo no son posibles de analizar.
II.2 ESTUDIO DE LOS MODELOS DE LÍNEAS Y FALLAS EN LAS MISMAS.
Este primer caso consiste de una red trifásica compuesta por una fuente de energía y una
línea aérea radial idealmente transpuesta, con cargas monofásicas balanceadas.
El objetivo del mismo es estudiar el comportamiento de los modelos de líneas más útiles en
diferentes casos de análisis de fenómenos transitorios por ejemplo una falla monofásica,
para lo que se toman muestras de valores de distintos parámetros eléctricos de la línea por
medio de equipos de medición, multímetros eléctricos, que son posibles conectar en la red.
Además se graficarán en los intervalos deseados.
Existen tres formas básicas de modelar una línea de transmisión en el PSCAD, ellas son:
secciones PI, Modelo Bergeron y Modelo de Línea dependiente de la Frecuencia [10].
El modelo denominado Bergeron para representar la línea será analizado en el ejemplo del
trabajo, el mismo es muy conocido para representar las líneas eléctricas, siendo muy
eficiente. Es un modelo simple, se representan las inductancias y capacitancias en un
circuito PI de forma distribuida, es el equivalente de usar un número infinito de secciones
PI, excepto que la resistencia si se modela como parámetro concentrado (la mitad en el
medio de la línea y ¼ en cada extremo). Su comportamiento se basa en ondas viajeras a
frecuencia constante. Se utiliza donde es importante obtener los valores correctos de las
CAPÍTULO 2 EJEMPLOS PARA EL ESTUDIO DE APLICACIÓN DEL PSCAD 23
impedancias para una línea o un cable a la frecuencia fundamental, por ejemplo pruebas a
relés y estudios de flujos de carga. Pero no se usa cuando hay presencia de armónicos o
fenómenos transitorios importantes, aunque se pueden representar las impedancias a otras
frecuencias pero en ese caso las pérdidas no cambian. Se pueden representar líneas
transpuestas.
Se analiza también el comportamiento de “Frecuency dependent (Phase) model options”.
Este modelo en español significa que el comportamiento de las líneas depende de la
frecuencia. Es un modelo responde al doble de la frecuencia de una línea o un cable. Es
muy utilizado cuando se trata de la dependencia de toda la línea con respecto a la
frecuencia. Su utilización se recomienda cuando se quiere analizar los fenómenos
transitorios o armónicos en las líneas eléctricas.
En el modelo “Frecuency dependent (Mode) model options” u opciones de este modelo los
parámetros dependen de la frecuencia, donde se tiene una solución exacta para una
frecuencia dada. Toma más tiempo en la simulación que el modelo Bergeron, pero se
necesita o es muy útil para estudios donde sea importante tener en cuenta los fenómenos
transitorios y los armónicos, es decir donde se requiera una representación detallada de la
línea en un amplio intervalo de frecuencias. Los modelos dependientes de la frecuencia
utilizan técnicas modales o técnicas en el dominio de la frecuencia.
Trabaja de manera eficiente para líneas de un conductor, dos conductores horizontales y
para una línea idealmente transpuesta. No se debe usar para líneas que no sean transpuestas
o para torres con conductores múltiples.
En la Figura 2.1 se presenta la vista general del proyecto.
Figura 2.1 Circuito General del proyecto analizado en el ejemplo.
CAPÍTULO 2 EJEMPLOS PARA EL ESTUDIO DE APLICACIÓN DEL PSCAD 24
El proyecto se corresponde con la representación de un circuito compuesta por un
generador trifásico, una línea radial tipo T de la cual se detallarán más adelante los
modelos, y cargas fijas conectadas al final de cada fase.
II.2.1 Configuración Del “Project Settings”.
A manera de conocer más acerca de las ventajas de este software se puede observar el
“Project Settings” usado por el usuario y mostrado en el capítulo I, se mencionarán
algunos detalles de esta ventana. Se observa la vista general en la cual se da a conocer el
nombre del proyecto, el lugar donde está guardado, los días en que fue creado y modificado
por última vez, y la versión del software usado.
En la otra parte y de simple configuración encuentra el “Runtime” que como el nombre lo
indica, tiempo de corrida, donde se ingresan como datos el tiempo que demorara la corrida
cuya unidad es el segundo, el tiempo de solución y el tiempo de paso para graficar el canal
de salida ambas dadas en microsegundos. Para más de una corrida el PSCAD brinda la
opción de enumerar las que el usuario desee. Figura 2.2.
Figura 2.2. Ventana la cual muestra el Project Settings.
CAPÍTULO 2 EJEMPLOS PARA EL ESTUDIO DE APLICACIÓN DEL PSCAD 25
II.2.2 Configuración de la fuente de generación.
Para configurar la fuente se da un “doble click” en el ícono que representa la fuente, y
aparece la ventana que se observa en la Figura 2.3. Aquí se introducen todos los datos para
la configuración de la fuente trifásica. Como todo elemento de una red debe presentar un
nombre, que para fines de esta simulación se denominó “John Day”; la impedancia en serie
es una de tipo inductiva como ya fue mencionado; el control de la fuente tipo fija las bases
tanto de voltaje como de potencia aparente las cuales son 500kV y 100MVA
respectivamente; y la frecuencia base de 60 Hz. El valor de 0.05 s es el tiempo que se
demora la fuente en alcanzar su valor nominal el cual es para este proyecto 230kV rms de
fase a tierra: Por último se tomarán iguales las impedancias de secuencia positiva y de
secuencia cero.
Figura 2.3. Configuración del Multímetro.
Posteriormente se presentan las demás configuraciones que se pueden realizar a la fuente de
generación, se introducen los valores de las impedancias positiva y de secuencia cero, el
valor de la inductancia en serie con la fuente, valor del voltaje para el control fijo de la
CAPÍTULO 2 EJEMPLOS PARA EL ESTUDIO DE APLICACIÓN DEL PSCAD 26
fuente, y el valor de potencia activa si es que se utiliza un control automático de potencia,
las variables de salida como cantidad en por unidad de las potencias activa y reactiva, valor
de la fuente así como el ángulo de fase y las corrientes por cada una de las fases. Figura 2.4.
Figura 2.4. Otros aspectos necesarios para el diseño de la fuente
II.2.3 Configuración de la Línea de Transmisión Aérea:
La configuración de esta línea se realiza de manera muy sencilla como se observa en la
Figura 2.5. Consta del nombre el cual fue denominado “Línea”. Además es necesario
especificar el valor del estado de la frecuencia que es en este caso 60 Hz, el cual se
mantendrá constante; el número de conductores que se usa 3; El estilo de terminación o de
contacto a los nodos de los extremos, lo cual debe tener en cuenta que si se opta por una
conexión remota se usan los extremos de la línea, mientras que si optamos por la conexión
directa, como el nombre lo indica se conecta directo a los nodos.
CAPÍTULO 2 EJEMPLOS PARA EL ESTUDIO DE APLICACIÓN DEL PSCAD 27
Figura 2.5. Configuración General de la Línea.
Para editar todo lo correspondiente a la torre y a los conductores usados en este proyecto se
hace por medio de la opción de “Edit”. Figura 2.6
Figura 2.6. Modelo de Torre utilizado donde se muestran las distancias entre conductores.
CAPÍTULO 2 EJEMPLOS PARA EL ESTUDIO DE APLICACIÓN DEL PSCAD 28
Dentro de la ventana de la Figura 2.6, se observan cada unas de las partes necesarias para
hacer la simulación, es decir los datos de la torre, de los hilos de guarda, de los conductores
por fase y de la flecha.
Se deben introducir los datos de la torre la cual puede se denominada con un nombre dado
Figura 2.7. Son necesarios la altura del conductor más bajo, la distancia vertical del centro
del conductor, espaciamiento entre fases, conductancia paralela, y si tiene conductores de
tierra, cuántos, si la línea es transpuesta. En el caso de los conductores los datos consisten
en el valor del radio del conductor, la resistencia por unidad de longitud medida a corriente
directa conductores por fase, etc., para este proyecto se usará un modelo de línea no
simétrica. Por último se debe dar como dato la longitud de la línea y la resistividad del
terreno.
Figura 2.7. Datos de los Conductores.
II.2.4 Configuración del Multímetro.
Se medirá el flujo de potencia del generador hacia las cargas conectadas al final de la línea,
las cuales se detallarán más adelante, para ello se usará como elemento de medición unos
CAPÍTULO 2 EJEMPLOS PARA EL ESTUDIO DE APLICACIÓN DEL PSCAD 29
multímetros conectados en serie con la línea. La configuración de estos elementos de
medición se hace de manera enteramente grafica, haciendo “doble clic” en su icono, donde
se muestra la ventana siguiente, Figura 2.8.
Figura 2.8. Configuración y Canales de Salida del Multímetro.
En este caso se tomará como medidas el flujo de potencia activa, la corriente y el voltaje en
la carga. Se habilitan estas opciones a través de la palabra YES en las interrogantes de
dicha ventana. Los demás datos son el valor en por unidad de la base de potencia activa,
constante de tiempo de amortiguamiento de la señal que será de un valor ligeramente
pequeño de tan solo 0.02 s, valor de la frecuencia, etc.
Por último para el correcto funcionamiento de estos elementos de medida están los canales
de salida o “signal name” ya vistos en el capítulo anterior, sólo se debe recordar que para el
momento del “ploteo” o de graficar la señal debe tenerse en cuenta que los nombre puestos
en estas salidas deben ser las mismas que llevará las etiquetas de los canales, de lo contrario
dará errores y la simulación no se ejecutará, porque estas no reciben ninguna señal.
II.2.5 Cargas:
Las cargas utilizadas son de tipo fijas conectadas a cada fase de la línea de alto voltaje, tal
como se muestra en la Figura 2.9
CAPÍTULO 2 EJEMPLOS PARA EL ESTUDIO DE APLICACIÓN DEL PSCAD 30
Figura 2.9. Datos de las Cargas.
Para el diseño de este proyecto se consideran todas las cargas iguales con el fin de obtener
un circuito balanceado. Los datos entrados son: potencia activa de 100MW, reactiva de 25
MVAR, la frecuencia que es un valor fijo y constante (60 Hz.), la dependencia de estas
potencias con la variación del voltaje y de la frecuencia. Los otros datos necesarios son la
resistencia, capacitancia y la inductancia. Se debe mencionar además que se pueden usar
cualquier tipo de cargas desde las más simples como son las resistencias, capacitancias, etc.
II.2.6 Simulaciones.
Después de tener configurada toda la red de alto voltaje se pasa a la etapa de simulación, la
cual debe ejecutarse eficientemente siempre que los datos introducidos estén correctos. Uno
de los objetivos del ejemplo desarrollado es el flujo de carga el cual se muestra por medio
de diferentes gráficas que nos permiten visualizar las diferentes ondas de parámetros en el
tiempo y analizar su comportamiento. Cabe recalcar que estas se muestran en los intervalos
deseados para mejor visualización.
CAPÍTULO 2 EJEMPLOS PARA EL ESTUDIO DE APLICACIÓN DEL PSCAD 31
En las Figuras 2.10, 2.11, y 2.12 se muestran las ondas de voltaje, potencia activa por cada
una de las fases y la corriente por la fase C obtenidas en la simulación. Las mismas
resultaron ser sinusoidales como se puede observar.
Figura 2.10. Ondas de Voltaje.
Figura 2.11. Ondas de Corriente por las Fases
CAPÍTULO 2 EJEMPLOS PARA EL ESTUDIO DE APLICACIÓN DEL PSCAD 32
Figura 2.12. Ondas de Potencia Activa.
II.3 FALLA A TIERRA DE UNA FASE DEL CIRCUITO GENERAL.
Se simulará una de la falla más frecuentes de las redes de transmisión, la falla monofásica a
tierra, en este caso la fase C a tierra tal y como se muestra en la Figura 2.13.
Figura 2.13. Circuito General.
Este diseño presenta los mismos datos que el anterior, con la diferencia de que ahora se
usará un panel con control para el tiempo de duración de falla, el cual es mostrado en
Figura 2.14. El objetivo es analizar el comportamiento de las diferentes magnitudes ya
descritas anteriormente, observar el desbalance de la red, etc.
CAPÍTULO 2 EJEMPLOS PARA EL ESTUDIO DE APLICACIÓN DEL PSCAD 33
Figura 2.14 Circuito de Control de Tiempo de Duración y Limpieza de la Falla
Tal como se muestra en la Figura 2.15 el circuito permanece igual hasta el momento que
ocurre la falla por lo que las ondas de voltajes y corrientes permanece iguales en las tres
fases hasta ese momento, tienen la misma amplitud, y una diferencia de ángulos de 120
grados Sin embargo, tal y como se puede observar en la Figura 2.15 en el momento en que
ocurre la falla el voltaje de la fase C tiene un valor cero hasta el momento de su limpieza,
que es después de un 0.1 segundos y en las otras dos fases se incrementa el voltaje a un
valor aproximado de 500kV para la fase B y 400kV para la fase A. En la red ocurre un
desbalance.
Figura 2.15. Variación de las ondas de voltaje durante el tiempo de falla.
El flujo de potencia durante la falla se muestra en la Figura 2.16.
CAPÍTULO 2 EJEMPLOS PARA EL ESTUDIO DE APLICACIÓN DEL PSCAD 34
Figura 2.16. Flujo de potencia activa durante el cortocircuito.
La potencia activa por las tres fases varía durante la permanencia de esta anomalía en la
red. Por los conocimientos básicos adquiridos durante en el transcurso de la carrera se sabe
que la potencia activa es directamente proporcional al voltaje, la corriente y al coseno del
ángulo que existe entre ellos (factor de potencia), por lo tanto al incrementar el voltaje en
las fases no falladas también se incrementa el flujo de potencia, se puede observar que se
incrementa casi el doble de la potencia que consuma la carga durante un tiempo corto que
es el tiempo en que se mantiene el cortocircuito, después ocurren algunas oscilaciones de
potencia que se van atenuando, hasta que se estabiliza la misma al valor antes de ocurrir el
cortocircuito.
De igual manera pasa para la potencia reactiva en las fases sanas al incrementarse el valor
del voltaje superior al nominal, trae consigo también que se incrementen estos valores,
como se muestra en la figura 2.17. Ocurre distorsión en las ondas durante la permanencia
de esta falla en la red.
CAPÍTULO 2 EJEMPLOS PARA EL ESTUDIO DE APLICACIÓN DEL PSCAD 35
Figura 2.17. Flujo de potencia reactiva en las fases sanas durante el cortocircuito.
El gráfico de la potencia reactiva en la fase fallada se muestra en la Figura 2.18.
Figura 2.18. Potencia reactiva por la fase fallada.
La explicación de la variación de la potencia reactiva por la fase fallada, se puede obtener
de la expresión elemental de la potencia reactiva:
δsenIVQ ***3= (2.1)
CAPÍTULO 2 EJEMPLOS PARA EL ESTUDIO DE APLICACIÓN DEL PSCAD 36
Como se observa esta potencia también es proporcional al voltaje y a la corriente, pero en
el momento que ocurre la falla hay un gran incremento de la corriente por esta fase, figura
2.19, mucho mayor que las otras dos, es por ello que se aprecia un pico de
aproximadamente 80Mvar que es perjudicial para la carga que estamos alimentando, este
incremento es por un tiempo corto porque después el voltaje tiende a un valor cero y por lo
tanto esta potencia también.
Cuando se trata de hacer los cálculos para seleccionar las protecciones e incluso para
simplemente tener una idea de la intensidad de la corriente que pasa por la fase durante el
tiempo de permanencia de la falla, el PSCAD mediante su editor gráfico permite observar y
a la vez comparar la variación de esta magnitud, Figura 2.19.
Figura 2.19. Comparación de la Corriente entre una Fase Normal (B) y una Fase
Fallada(C).
Sólo se muestran dos de las tres corrientes que circulan por el circuito para tener mejor
comprensión del desbalance que provoca una falla y el incremento de la corriente de la
misma. Del gráfico de la Figura 2.19 se observa que por la fase fallada antes del inicio de la
misma, la corriente es sinusoidal tiene la misma amplitud que la otra y tiene un ángulo de
defasaje de 120 grados entre ellas. En el momento que se inicia la falla en la red hay picos
de corriente que alcanzan para este diseño valores aproximados a los 4kA por la fase C, el
CAPÍTULO 2 EJEMPLOS PARA EL ESTUDIO DE APLICACIÓN DEL PSCAD 37
cual se va atenuando según pasa el tiempo y se limpia la falla, esta corriente no debe
permanecer por mucho tiempo porque como el voltaje en esa fase tiene un valor que tiende
a cero ocurre que provoca variaciones en las demás fases, variaciones de la frecuencia y el
generador puede salir de sincronismo, en el peor de los casos se puede perder la estabilidad
del sistema. Es por estas razones que se debe tener como un punto muy importante al
momento de diseñar una nueva red, las protecciones eléctricas que se ubicarán en las
mismas, el tiempo que deben eliminar las fallas, etc. para evitar las interrupciones y una
energía de mala calidad.
II.4 EJEMPLO DE UN BLOQUE GENERADOR TRANSFORMADOR.
II.4.1 Descripción:
El circuito mostrado en la figura 2.20 presenta un bloque generador transformador al cual
se le va hacer una prueba a través de un cortocircuito trifásico a tierra, los datos nominales
del generador son 120 MVA y un voltaje de 13.8kV, el transformador tiene una conexión
delta - estrella aterrada por secundario con voltajes nominales de 13.8/230 kV por primario
y por secundario respectivamente. Para medir el voltaje en los terminales se conecta un
multímetro en serie con el circuito, la falla a tierra de las tres fases y una fuente de voltaje
modelo uno.
Figura 2.20 Circuito General.
CAPÍTULO 2 EJEMPLOS PARA EL ESTUDIO DE APLICACIÓN DEL PSCAD 38
El objetivo del ejemplo es observar como responde dicho elemento en presencia de esta
avería en la red. Para ello se tiene el circuito de control de tiempo para la falla, el mismo se
inicia en 7 s y termina a los 7.2 s, el breaker esta inicialmente abierto. Se mide la corriente
que pasa por el transformador (I), corriente por el campo (If), torque mecánico (TM),
voltaje en los terminales (Vt) y por último la velocidad angular (W).
En la Figura 2.21 se puede observar como incrementan las corrientes por las tres fases del
generador durante el cortocircuito teniendo en cuenta que antes de que ocurra la falla la
máquina se encuentra en vacío.
Figura 2.21 Corrientes por cada una de las fases.
La corriente por el campo antes de que se produzca la falla es constante y de un valor de
uno en por unidad, como se muestra en la primera parte de la Figura 2.22. En el momento
que ocurre el cortocircuito es decir a los 7s, se puede observar como se incrementa para
mantener el voltaje en sus terminales en un valor fijo y constante. Sin embargo, se observa
CAPÍTULO 2 EJEMPLOS PARA EL ESTUDIO DE APLICACIÓN DEL PSCAD 39
que este incremento de corriente no es suficiente y el voltaje cae a un valor cero (parte
inferior de la Figura 2.22), y en el momento de la limpieza de la falla se aprecia que este
valor de voltaje regresa a su valor inicial, al igual que la corriente de campo.
Figura 2.22 Corriente por el Campo y Voltaje en los terminales.
La figura 2.23 muestra como el torque mecánico aumenta durante el fallo, de tal manera
que debe permanecer la velocidad angular en un valor fijo y constante que es de 377 rad/s
Figura 2.23 Torque mecánico y velocidad angular.
CAPÍTULO 3 EJEMPLO DE UNA LÍNEA REAL DEL SISTEMA ELÉCTRICO 40CUBANO
CAPITULO III
“Ejemplo de una Línea Real del Sistema Eléctrico Cubano”
III.1 Introducción.
En este capitulo se diseña un proyecto en base a datos reales de los elementos y ajustes de
protecciones de una línea de enlace simple en un circuito de 220kV del SEN con vista a
comprobar el comportamiento de las protecciones instaladas en condiciones reales ya
estudiadas por métodos convencionales. Se simulan cortocircuitos con impedancias
equivalentes en ambos extremos. El trabajar con la versión estudiante nos limita el número
de nodos a utilizar y de la misma manera los interruptores que se pueden simular por lo que
se decidió prescindir del interruptor en Vicente donde se observa el comportamiento en el
plano impedancia y por ello las graficaciones del disparo y eliminación de la falla no son
reales. El proyecto diseñado se muestra en la figura 3.1.
Figura 3:1. Circuito General.
CAPÍTULO 3 EJEMPLO DE UNA LÍNEA REAL DEL SISTEMA ELÉCTRICO 41CUBANO
Se diseñan y grafican las características relé tipo Mho el cuál tiene como valores de ajustes
los reales para de esta línea. Se puede observar el desarrollo del punto de impedancia (Z) en
el plano complejo R-X en cada una de las simulaciones realizadas.
Para ello se simulan cortocircuitos de dos tipos: de fase a tierra (fase a ha tierra, A-G) y
bifásico (entre las fases b y c, B-C). Se varía la distancia del cortocircuito al punto de
lectura o medición y se realizan aperturas secuenciales para distintos valores de resistencia
de falla (Rf), lo que permite observar el efecto de la fuente intermedia del otro extremo de
la línea sobre la impedancia vista por el relé. Se varía el flujo de potencia prefalla con vista
a lograr distintos comportamientos de la componente imaginaria que “ve” el relé debido a
la diferencia que existe entre los ángulos de potencia “δ” de ambos extremos.
Como las reactancias equivalentes de secuencia positiva y secuencia cero, y
respectivamente no son iguales, se debe seleccionar una fuente de voltaje “Modelo 1” que
ofrece la posibilidad de diferenciarlas. Se selecciona un modelo de línea con dependencia
de la frecuencia pues el efecto de la reactancia así lo requiere. Por lo antes mencionado este
diseño se realizara con datos reales tanto de estructuras como de conductores.
1x 0x
III.2 Conceptos previos a tener en cuenta para la correcta comprensión
del ejemplo.
1. Factores que afectan la medición de la impedancia a la falla [Altuve, Warrington,
Mason, Iriondo, ABB]:
• Efecto de fuentes intermedias “Infeed”.
• Resistencia de arco.
• Acoplamiento mutuo.
• Corriente de magnetización “Inrush”.
• Transformadores de medida.
• Líneas sin transposición de fases.
Estas causas se comportan errores en la medición de impedancia por lo da como resultados
que la impedancia aparente medida por el relé sea superior o inferior al valor que se
CAPÍTULO 3 EJEMPLO DE UNA LÍNEA REAL DEL SISTEMA ELÉCTRICO 42CUBANO
considera verdadero en condiciones lineales (ausencia de tales efectos). Cuando el relé
mide una impedancia de línea inferior a la que le corresponde por la posición de falla, se
dice que el relé sobrealcanza. Cuando el relé mide una impedancia superior a la verdadera
se dice que el relé subalcanza. Cuando actúan simultáneamente varias causas, puede
producirse en ocasiones, una cierta cancelación de los errores cuando un tipo de causa
tiende a producir errores de sobrealcance mientras que otras dan errores de subalcance. Por
lo que se refiere a la función de protección de distancia, los errores de sobrealcance o
subalcance solo son críticos cuando hacen que el relé se “equivoque” de zona de medida.
Sin embargo para la función de localización de fallas el error tiene la misma criticidad en
cualquier punto de la línea.
2. Efecto de las fuentes intermedias. (“Infeed”).
Para que las protecciones puedan medir correctamente la impedancia de la falla es
necesario que el voltaje que reciba dependa exclusivamente de la corriente local. Pero
muchas configuraciones de la red pueden dar lugar a que esto no se cumpla, uno de estos
casos típicos se muestran en la figura. 3.2. En la que el voltaje V que recibe el relé S
además de depender de su propia corriente local de falla Is depende también de la corriente
IL aportada a la falla por el sistema en el extremo remoto a través de la línea LK y que
evidentemente no pasa por el relé S. La aportación IL en el extremo remoto es una
inyección extra de corriente de falla, que tiene lugar dentro de las zonas II y III de S y que
se conoce en la terminología anglosajona como “Infeed”.
Figura 3.2. Efecto de las fuentes intermedias.
CAPÍTULO 3 EJEMPLO DE UNA LÍNEA REAL DEL SISTEMA ELÉCTRICO 43CUBANO
Si se supone una falla de tipo trifásica en el punto F de la línea KM, se tiene que:
La impedancia real de la línea entre el relé S y la falla F es:
JFKFJK ZZZZreal =+= (3.1)
El voltaje medido por el relé S:
KFLKFJKSKFLSJKSJ ZIZZIZIIZIV *)(**)(* ++=++= (3.2)
Es decir, el voltaje que ve el relé tiene dos componentes, que son dos caídas de voltaje, la
primera que depende de la corriente local que atraviesa el relé,
mientras que la segunda , que no depende de , es la caída de voltaje originado
en el tramo KF por la corriente entregada a la falla a través de la línea LK. Este último
término representa un término de error.
)(* KFJKS ZZI + SI
KFL ZI * SI
LI
La impedancia medida por el relé será por tanto:
( ) KFS
LKFJK
S
SS Z
IIZZ
IV
Z *⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛++== (3.3)
KFS
LJFS Z
IIZZ *⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+= (3.4)
Es decir: KFS
LS Z
IIZrealZ *⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+= (3.5)
Por tanto el error absoluto de la medida será: KFS
LS Z
IIZrealZ *⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=−
Este error da lugar a que, bajo estas circunstancias, deje de ser cierta la simple relación
lineal de proporcionalidad entre la impedancia que mide el relé y la distancia a la falla.
El citado error, que es variable, puede llegar a ser importante cuando la relación ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛
S
L
II
es
elevada y la falla ocurre cerca del extremo M. Como e estarán prácticamente en fase,
este error es siempre positivo, es decir el relé mide una impedancia aparente variable pero
SI LI
CAPÍTULO 3 EJEMPLO DE UNA LÍNEA REAL DEL SISTEMA ELÉCTRICO 44CUBANO
siempre será superior a la real o dicho de otra modo, el relé ve la falla mas lejos (punto F’)
que donde realmente esta (punto F). Figura 3.2
3. Resistencia de Arco.
Cuando se produce una descarga eléctrica a lo largo del contorno exterior de un aislador de
una línea aérea o entre conductores de fase, la corriente de falla se establece a través de un
arco eléctrico, que es lo normal, las fallas limpias son poco probables en las líneas y otros
equipos eléctricos. El arco puede presentar una resistencia eléctrica que es prácticamente
óhmica y cuyo valor, para el caso del aire en reposo y durante los primeros ciclos de falla,
puede calcularse por: [Warington]
))(
*28710( 4.1F
A IlR = (3.6)
Donde:
:l Es la longitud del arco (separación entre conductores de fase o distancia entre fase y
apoyo metálico de la línea), se da en metros (m).
FI : Corriente de falla (corriente de arco), en Ampere (A).
:AR Resistencia de arco (Ω)
En la figura 3.3 se muestra como varía la resistencia y el voltaje de arco por cada metro de
longitud de este, en función de la corriente de falla.
CAPÍTULO 3 EJEMPLO DE UNA LÍNEA REAL DEL SISTEMA ELÉCTRICO 45CUBANO
Figura 3.3. Relación de resistencia del arco y voltaje a través del arco con la corriente de
falla.
La resistencia de arco en serie con la impedancia de la línea modifica la impedancia medida
por el relé, trayendo una medida incorrecta de la misma. Es más, cuando la falla está
alimentada desde ambos extremos de la línea y existe un desfase entre las corrientes e
desde cada extremo, las protecciones de distancia de las líneas miden incluso una
reactancia distinta de la que presenta la propia línea a pesar del carácter prácticamente
resistivo del arco.
SI
RI
4. Acoplamiento Mutuo entre Circuitos:
Por razones económicas y por limitaciones administrativas en la concesión de licencias para
la construcción de las líneas aéreas con objetivo de proteger el medio ambiente, se tienes
que tender en muchas ocasiones, dos o más líneas con trazados paralelos y próximos entre
sí. Incluso es típico colocar varios circuitos trifásicos sobre las mismas torres. Esta
situación se da con más frecuencia en áreas con una fuerte densidad de población.
El paralelismo y proximidad entre circuitos origina errores de medida en sus protecciones
de distancia (y localizadores de fallas), básicamente cuando se producen fallas a tierra, a
causa de la impedancia de acoplamiento mutuo de secuencia cero, , que aparece entre MOZ
CAPÍTULO 3 EJEMPLO DE UNA LÍNEA REAL DEL SISTEMA ELÉCTRICO 46CUBANO
ellos debida al flujo magnético común que enlaza a los circuitos. En estos casos deja de ser
simple la relación de proporcionalidad entre impedancia y distancia de falla.
Cuando en uno de los circuitos se producen fallas entre fases, sin contacto con tierra, solo
intervienen corrientes de secuencia positiva y negativa, siendo, en estos casos, los errores
de medida moderados ya que la impedancia de acoplamiento mutuo, para estas secuencias,
es baja (como mucho del orden del 5% de la impedancia directa).
Por el contrario, cuando se producen fallas a tierra, como es el caso a analizar y además la
falla más frecuente, circulan las corrientes de secuencia cero, y no debe olvidarse que en
estas condiciones la impedancia mutua de secuencia cero entre circuitos puede ser del
orden del 50 al 55% de la impedancia propia de secuencia cero de un circuito (en el
caso de estos circuitos sobre la misma torre en todo su recorrido puede llegar hasta el 70%).
Este hecho debe tenerse en cuenta tanto en el cálculo de las corrientes de falla como en la
evaluación de los errores de medida ya que éstos pueden ser elevados en determinadas
configuraciones.
MOZ
LOZ
El paralelismo puede darse a lo largo de toda la longitud de los circuitos o solo en una parte
de los mismos. Los circuitos pueden pertenecer a redes de tensiones diferentes o trabajar al
mismo voltaje. En este último caso pueden estar eléctricamente unidos en un extremo o en
ambos.
5. Corriente de Magnetización (Inrush).
Cuando se conecta una línea de alto voltaje que alimenta un transformador de potencia,
como el mostrado en la Figura 3.4, aparece transitoriamente en el mismo durante un cierto
numero de ciclos una corriente elevada que se va amortiguando en amplitud conforme
transcurre el tiempo; esta corriente se llama comúnmente corriente de magnetización. En
estas condiciones, el relé de distancia S tiende a sobrealcanzar porque ve una impedancia
baja pero, al no tratarse de una condición de falla, no debe disparar. La corriente de
magnetización se caracteriza por tener un contenido de 2º armónico relativamente elevado
que no está presente normalmente en la corriente de falla; en el diseño del relé se puede
utilizar esta característica para distinguir esta condición de una falla.
CAPÍTULO 3 EJEMPLO DE UNA LÍNEA REAL DEL SISTEMA ELÉCTRICO 47CUBANO
Figura 3.4. Corriente Inrush
Cuando un transformador esta energizado y en régimen permanente estabilizado, la onda
del flujo magnético en el núcleo es prácticamente una sinusoide pura que está retrasada
respeto a la onda sinusoidal de voltaje de alimentación de la red un ángulo cercano a 90º,
por tanto, el valor máximo de flujo Фmax (positivo o negativo) ocurre en las proximidades
de los ceros de la onda de voltaje. Para aprovechar bien el núcleo magnético, el
transformador esta diseñado de forma tal que flujo máximo en régimen permanente, Фmax
sea algo menor pero cercano al valor del flujo de saturación (muy cercano a la rodilla de
saturación).
Cuando se le quita la alimentación a un transformador, puede quedar en su núcleo una
cierta cantidad de flujo magnético residual o remanente (pudiendo ser positivo o negativo)
dependiendo el instante en que se le retiró el voltaje.
El transitorio de conexión que da lugar a la corriente de magnetización ocurrirá siempre que
el flujo remanente que existe en el transformador antes de su conexión sea diferente del
valor instantáneo que le correspondería en régimen permanente para el punto de la onda de
voltaje en que tiene lugar la conexión.
El valor máximo inicial de la corriente de magnetización, que depende además de otros
factores tales como: la impedancia de la fuente de la red de alimentación, potencia del
transformador, etc. Esta corriente puede alcanzar valores entre 5 y 20 veces la corriente de
plena carga del transformador e incluso puede llegar a valores superiores en algunos
diseños de transformadores, por lo que tiene el mismo orden de magnitud que la corriente
de una falla que se produjera en las barras K.
CAPÍTULO 3 EJEMPLO DE UNA LÍNEA REAL DEL SISTEMA ELÉCTRICO 48CUBANO
En general, el relé de distancia tendrá menos tendencia a la operación como consecuencia
de esta corriente, aún en el caso más desfavorable, que frente a una falla trifásica en el
secundario del transformador de potencia (barras L). Esto es debido básicamente a que a
igualdad de picos, el valor eficaz de la corriente de magnetización es inferior a la corriente
de falla y además la componente de 2º armónico será mayor.
La corriente de magnetización circula sólo por el devanado primario (el que se energiza) y
es relativamente independiente de si el secundario esta abierto o con carga. Por ello el
fenómeno tiene más relevancia en el caso de las protecciones diferenciales, especialmente
en las diferenciales de transformador ya que estando el transformador en vacío la corriente
de magnetización se convierte íntegramente en corriente diferencial.
6. Transformadores de Medida:
Solo se tratarán ciertos detalles los conceptos de los transformadores para las protecciones
que tienen relación con los errores de medida. Los transformadores de medida de voltaje (o
de corriente), tienen por objeto alimentar los circuitos (o de corriente), de los relés y otros
aparatos entregando los mismos una réplica lo más fiel posible de la primaria. Esta réplica
es una magnitud que está aislada galvánicamente de la red de alta tensión primaria, es de
valor reducido y normalizado por ejemplo 3/110 V para el voltaje y 5 A para la corriente
y en condiciones de uso normales y con la polaridad adecuada, esta prácticamente en fase
con la magnitud primaria que representa.
Los transformadores de corriente deben trabajar con sus secundarios lo más cerca posible
de la condición de cortocircuito mientras que los de voltaje trabajan con su secundario en
condiciones más cercanas a circuito abierto.
Normalmente, en redes de alta tensión protegidas con relés de distancia, el devanado
primario de cada transformador se conecta entre fase y tierra. El primario y secundario
están enrollados sobre el mismo núcleo magnético. Estos transformadores pueden tener
más de un secundario por ejemplo 3/110 V para alimentar los circuitos de fase y de
110/3 V para formar circuitos de voltaje residual, mediante una delta abierta, y alimentar el
circuito de polarización de los relés direccionales de tierra. Si el transformador tiene sólo
un secundario, este puede alimentar a la vez tanto relés de protección como otros equipos
CAPÍTULO 3 EJEMPLO DE UNA LÍNEA REAL DEL SISTEMA ELÉCTRICO
CUBANO 49
de medida (tales como contadores de energía) con tal de que tenga la potencia y la clase de
precisión adecuadas.
Para voltajes de aproximadamente 110 kV y superiores suele ser más económico el empleo
de transformadores de voltaje capacitivos y mucho más si también se utilizan como
elementos de acoplamiento para comunicaciones por onda portadora de alta frecuencia.
Al contrario del transformador inductivo que es muy estable y con buena respuesta
transitoria, en los transformadores capacitivos hay que tener en cuenta una serie de factores
que les afectan en mayor o menor grado tales como la frecuencia, temperatura y estabilidad
en el tiempo. Así mismo, su respuesta transitoria es peor que los transformadores
inductivos.
El caso de transformadores de corriente es diferente. El primario se conecta en serie con el
circuito de potencia y si tiene varios secundarios, cada uno de ellos esta enrollado sobre un
núcleo independiente, siendo lógicamente el primario común a todos ellos. En este caso, las
variaciones de carga de un secundario no afecta la precisión de los restantes secundarios.
Los relés de protección deben alimentarse de secundarios de protección mientras que los
equipos de medida deben alimentarse de secundarios de medida cuyos requisitos son
diferentes. Para no encarecer innecesariamente los equipos de medida no se les obliga a
soportar elevadas corrientes de fallas por lo que un secundario para alimentar equipos de
medida debe saturarse antes de que la corriente primaria supere determinado valor (por
ejemplo cinco veces la corriente nominal de dicho transformador). Sin embargo, se puede
demostrar que la respuesta transitoria de estos transformadores de corriente no es buena,
por lo que en el secundario no se traduce correctamente o fielmente la corriente de
primario, de manera introduce errores en la medición de impedancia.
7. Líneas no transpuestas:
Si una línea no es transpuesta existe diferencia entre las impedancias equivalentes, y por lo
tanto se está en presencia de una línea asimétrica, esto trae como consecuencia diferencias
de corrientes y de voltajes en el Sistema Eléctrico.
CAPÍTULO 3 EJEMPLO DE UNA LÍNEA REAL DEL SISTEMA ELÉCTRICO
CUBANO 50
III.3 Requisitos de las protecciones.
El campo de las protecciones tiene una antigüedad del orden de unos 70 años y a lo largo
de este período ha habido grandes evoluciones con la utilización de distintas tecnologías.
Los fenómenos de la red siguen siendo prácticamente los mismos y las anomalías de las
que deben proteger también, pero las posibilidades que ofrecen las nuevas tecnologías
deben de hacernos replantear todos los fenómenos derivados de las perturbaciones en el
sistema eléctrico, para hacer el mejor uso y aplicar nuevas técnicas en la selección y
detección de las faltas.
A todo relé o sistema de protección, se le exigen cuatro requisitos fundamentales para que
realice su función correctamente. Estos requisitos son: Sensibilidad, Selectividad, Rapidez
y Fiabilidad.
III.3.1 Sensibilidad (Para la simulación hasta un 75% del valor de la línea)
El relé debe ser lo suficientemente sensible para operar en las condiciones de fallo mínimo
que se pueda dar en la parte del sistema que tenga encomendada. En cualquier sistema
eléctrico, en varias ocasiones en el día y durante las distintas estaciones del año, la carga
puede variar entre límites muy amplios. Para cubrir estas exigencias cambiantes de la carga
solicitada, es preciso poner diferentes combinaciones en la generación con el fin de atender
la demanda de la forma más adecuada. La condición de mínima exigencia de generación es
generalmente la que nos va a definir la sensibilidad del relé. En estas condiciones, circulará
por la protección la mínima corriente de fallo al producirse un cortocircuito y, el relé deberá
ser lo suficientemente sensible para detectar ese fallo.
III.3.2.Selectividad (Para la simulación hasta un 85% del valor de la línea).
La selectividad de un relé de protección es la facultad para reconocer inequívocamente una
falla dentro de la zona que tiene encomendada y posteriormente, disparar el/los
interruptores necesarios para despejar la falla. Los relés deben de seleccionar entre aquellas
fallas para las que deben de operar por haberse producido en los propios equipos que
protegen, de las fallas que se produzcan en otros equipos para las que no deben de operar.
CAPÍTULO 3 EJEMPLO DE UNA LÍNEA REAL DEL SISTEMA ELÉCTRICO
CUBANO 51
Algunas protecciones son inherentemente selectivas y ello implica el que no se vean
afectadas por las fallas que se produzcan fuera de los equipos o de las zonas que tienen
bajo su responsabilidad. Un ejemplo de este tipo de esquemas inherentemente selectivo es,
el de las protecciones diferenciales.
III.3.3 Rapidez.
El relé debe de operar con la rapidez adecuada. Por supuesto que la rapidez es esencial en la
separación del elemento dañado de la red, para evitar que se produzcan mayores
desperfectos debidos a los efectos del cortocircuito y de esta manera, reducir los costos de
reparación y el de su permanencia fuera de servicio. La rapidez de operación tiene además,
repercusión directa en la estabilidad general del sistema eléctrico. Durante una falla por
cortocircuito, el resto de la red transmite menos energía y algunos generadores tienden a
perder el sincronismo, pudiendo producirse en ellos la salida de paralelo. Cuanto menor es
el tiempo de mantenimiento de la falla, es menos probable que los generadores pierdan el
sincronismo y en consecuencia, afectará menos a la estabilidad del sistema.
III.3.4 Fiabilidad.
Además de los requisitos anteriores, para que un sistema de protecciones funcione
satisfactoriamente, debe de ser fiable. La fiabilidad (reliability) es la medida del grado de
confianza de que un sistema de protección va a actuar correctamente.
El término fiabilidad engloba dentro de sí dos conceptos. Por un lado, la obediencia
(dependability), que es la cualidad de que una protección opere correctamente cuando es
requerido para operar y por otro lado la seguridad (security), que es la cualidad de no
operar ante unas causas extrañas, evitando actuaciones incorrectas. La fiabilidad de un
sistema de protecciones depende, en primer lugar, de la fiabilidad de los propios relés y, en
segundo lugar, de su aplicación, de su correcta instalación y de su mantenimiento
preventivo.
CAPÍTULO 3 EJEMPLO DE UNA LÍNEA REAL DEL SISTEMA ELÉCTRICO 52CUBANO
III.4 Funciones de protección.
III.4.1 Curvas características.
Un relé o función de protección puede actuar por dependiendo si mide una sola magnitud
eléctrica, bien sea corriente, voltaje o frecuencia y también por la acción simultánea de dos
magnitudes tales como corrientes y/o voltajes. En este último caso, en la operación del relé
pueden intervenir, el ángulo de fase, la relación entre las magnitudes eléctricas o bien, la
combinación de ambas.
Se denominan curvas características de operación a los gráficos que muestran la relación
entre las magnitudes que van a hacer actuar al relé.
Cuando la actuación del relé es por una sola magnitud su respuesta es puramente función
del tiempo, como se muestra en la Figura 3.5. Cuando la actuación es por dos magnitudes,
las características se pueden representar por una magnitud y el ángulo de fase entre las dos
magnitudes como en la Figura 3.6, en términos de la relación entre las dos magnitudes
como en la Figura 3.7 o bien, como la combinación entre la relación de las dos magnitudes
y su ángulo de fase como se muestra en la Fig.3.8. Además se pueden representar en unos
gráficos de tiempos, los tiempos de operación.
TIEM
POS
MAGNITUD
Figura 3.5 - Magnitud y tiempo.
CAPÍTULO 3 EJEMPLO DE UNA LÍNEA REAL DEL SISTEMA ELÉCTRICO 53CUBANO
0º360º
90º
180º
270º
RELACIÓN ENTRE MAGNITUDES
ÁNGULO DE FASE
θ
Figura 3.6 - Relación entre dos magnitudes y ángulo
MAGNITUD 1
MA
GN
ITU
D 2
Figura 3.7. Relación entre dos magnitudes
0º
90º
270º
MAGNITUD
ANGULO DEFASE
360º
θ
Figura 3.8 Magnitud y ángulo.
Las curvas características tienen especial interés a la hora de establecer los valores de
respuesta y con los que deduciremos también, otros parámetros tales como la sensibilidad,
CAPÍTULO 3 EJEMPLO DE UNA LÍNEA REAL DEL SISTEMA ELÉCTRICO
CUBANO 54
la velocidad de actuación y la selectividad, todos ellos muy útiles en la coordinación de las
protecciones.
III.5 Funciones básicas de protección.
Existen muchos tipos de funciones y también combinaciones de funciones formando
conjuntos o equipos de protecciones para proteger debidamente los diversos elementos que
integran los SEP. Ahora bien, son pocas las diferencias fundamentales entre los distintos
tipos de funciones de protección. Las curvas características de operación de los equipos de
protección de uso actual, se derivan esencialmente de un número reducido de funciones
básicas. Describiremos estas funciones básicas, señalando en cada caso, sus ventajas e
inconvenientes.
• Funciones o relés de una sola magnitud - Serán las funciones que responden a una
sola magnitud eléctrica de entrada. También denominadas por algunos autores como
comparadores de nivel. Un ejemplo típico es la función de sobrecorriente que
responde al cambio de nivel en la magnitud de la corriente de entrada, bien sea
midiendo el valor pico o el valor eficaz. También entrarán en este grupo las funciones
de voltaje y de frecuencia.
• Funciones o relés direccionales - Estas funciones responden al ángulo de fase entre
dos magnitudes de entrada de corriente alterna. Se les incluye también dentro del
grupo de comparadores de fase. La comúnmente denominada unidad direccional, es
la que compara el ángulo de fase entre una corriente y un voltaje, aunque a veces
puede ser también el ángulo entre dos corrientes. Dentro de este grupo se incluyen las
unidades direccionales de potencia y las funciones de comprobación de sincronismo
de dos partes de un sistema o de dos sistemas diferentes.
• Funciones o relés diferenciales - Estas unidades responden a las magnitudes
obtenidas como resultante de la suma algebraica de dos o más magnitudes eléctricas
de entrada. Se les incluye en un grupo que algunos autores denominan comparación
de magnitud. En su forma más extendida, esta función responde a la suma algebraica
de las corrientes que concurren a una zona definida de protección. Puede hacerse de
CAPÍTULO 3 EJEMPLO DE UNA LÍNEA REAL DEL SISTEMA ELÉCTRICO
CUBANO 55
forma que la suma algebraica represente, si existe, la corriente de falla en la zona de
protección. También se puede tener en cuenta aquí las funciones que operan por
comparación de una magnitud, con otras magnitudes bien sean corrientes o voltajes y
que se denominan relés de equilibrio.
• Funciones cociente de dos magnitudes - Tales funciones responden a la relación
entre dos magnitudes de entrada expresadas por fasores. La relación entre dos fasores
es un número complejo y su cociente podemos indicar, que responde a la magnitud de
este número complejo o al mismo complejo en sí. Las funciones de cociente más
conocidas son las diferentes versiones de las unidades de impedancia, conocidas
también como unidades de distancia.
• Funciones diversas - Existen unas funciones o relés que no podemos identificarlos
propiamente como unidades que realizan funciones de protección, sino más bien se
integran junto con otros dispositivos para completar equipos de protecciones. Como
más significativos incluimos en este grupo, las funciones o relés de comprobación de
sincronismo y los relés de reenganche o recierre.
III.6 Teleprotecciones
Las funciones o relés que forman los equipos de teleprotecciones utilizan como una de las
señales de entrada, la información facilitada por un canal de comunicaciones desde uno o
varios extremos remotos. Algunos autores los incluyen dentro de un grupo denominado de
relés con comunicación de extremos las denominadas protecciones pilotos. Generalmente
este tipo de función de protección recibe a través de un sistema de comunicaciones la
decisión tomada por una protección remota, que normalmente es del tipo de una de las
funciones reseñadas anteriormente, haciendo uso de esta señal para actuar de forma
selectiva ante las fallas que se produzcan dentro de una zona
Como se mencionó anteriormente, estos son algunas de los aspectos a tener en cuenta a la
hora de seleccionar una protección, en dependencia esta a lo que se va a proteger así como
también debemos tener en cuenta la parte técnica-económica, pero sobre todo se debe
garantizar la calidad de la energía y la no interrupción del servicio hacia los consumidores.
CAPÍTULO 3 EJEMPLO DE UNA LÍNEA REAL DEL SISTEMA ELÉCTRICO
CUBANO 56
III.7 Filtrado de la Señal.
En el área del procesamiento digital de señales en general utiliza filtro denominados
Antialiasing, ya que permiten minimizar el denominado “aliasing” [Libro de protección
digital] cuando se desea representar una señal de alta resolución en un sustrato de más baja
resolución. En la mayoría de los casos el antialising consiste en la remoción de la
información de frecuencia demasiado elevada para poder ser representada.
III.7.1 Aliasing.
Es el efecto indeseable que causa que señales continuas distintas se tornen indistinguibles
cuando se les muestrea digitalmente. Cuando esto sucede la señal original no puede ser
reconstruida de forma univoca a partir de la señal digital.
El aliasing es un motivo de preocupación mayor en lo que concierne a la conversión
analógica–digital de señales de audio y video: el muestreo incorrecto de señales análogas
puede provocar que señales de alta frecuencia presenten dicho aliasing con respecto a
señales de baja frecuencia.
III.8 Filtrado Digital.
La implementación de un comparador de ángulo de fase para un relé de distancia se basa en
las componentes de la frecuencia fundamental de las señales de voltaje y corriente
aplicadas al relé. En un relé analógico típico se usa un filtro paso de banda, el cual se usa
para eliminar las frecuencias alta y bajas que no requiere este elemento. Mientras que un
relé digital incluye un filtro analógico para controlar el efecto Anti-aliasing de tal manera
que elimina las componentes de armónicos superiores. El filtrado Anti-aliasing es un tipo
CAPÍTULO 3 EJEMPLO DE UNA LÍNEA REAL DEL SISTEMA ELÉCTRICO 57CUBANO
de filtro paso bajo con una corriente máxima de corte para una determinada muestra de
datos.
El PSCAD permite hacer el siguiente diseño para el filtrado de la señal antes de ser tomada
o aplicada al relé de distancia Figura 3.9
Figura 3.9 Circuito General de Protección.
Haciendo “doble click” en el icono que pertenece al filtro digital aparece la ventana de la
figura 3.9 donde se observan que las señales de voltaje y corriente pasan por un filtro de
Fourier para evitar los armónicos de orden superior
Además se debe mencionar que para obtener mejores resultados se puede añadir un filtro
analógico de tipo paso bajo antes del filtro digital con el motivo de eliminar las
componentes de alta frecuencia ya que podemos limitar hasta diez veces la frecuencia
nominal, de tal manera que sólo se trabajaría con frecuencias inferiores a 600Hz. El
PSCAD usa un filtro de Fourier mostrado en la figura 3.10
CAPÍTULO 3 EJEMPLO DE UNA LÍNEA REAL DEL SISTEMA ELÉCTRICO 58CUBANO
Figura 3.10. Filtro de Fourier
Para el caso del relé de distancia, nuevamente haciendo “doble click” en el icono se observa
que como el PSCAD de forma gráfica y de manera simple se conectan las señales ya
filtradas anteriormente a los dispositivos de protección, tanto para la falla monofásica como
para la bifásica. Figuras 3.11 y 3.12 respectivamente.
CAPÍTULO 3 EJEMPLO DE UNA LÍNEA REAL DEL SISTEMA ELÉCTRICO 59CUBANO
Figura 3.11 Protección de fase a tierra.
Figura 3.12 Protección de fase.
CAPÍTULO 3 EJEMPLO DE UNA LÍNEA REAL DEL SISTEMA ELÉCTRICO 60CUBANO
La configuración de la protección tipo Mho se realiza haciendo “doble click”en el icono de
tal manera que se entra a la siguiente ventana. Figura 3.13.
Figura 3.13: Configuración del Relé de Distancia Tipo Mho.
Es necesario introducir los valores de su radio y el desplazamiento que tiene respecto al
origen de coordenadas, lo cual se realiza si se opta por las variables X, Y de lo contrario se
usará el valor de Z en módulo y ángulo respectivamente.
La configuración del circuito de control de la falla que es el próximo paso para la
simulación se muestra en la Figura 3.14.
Figura 3.14: Circuito de Control de la Falla.
Se necesitan como datos el tiempo de inicio y permanencia de la falla, controlador para el
tipo de falla, la falla propiamente dicha y el tiempo de apertura de la protección. Como ya
es conocido para introducir los valores de sus parámetros se hace “doble click” en cada uno
de los iconos, de tal manera que el tiempo de inicio de la falla es de 0.15 s y permanecerá
por un tiempo de 0.1 s. Primero se simulará el fallo de la fase A ha tierra, por lo tanto se
CAPÍTULO 3 EJEMPLO DE UNA LÍNEA REAL DEL SISTEMA ELÉCTRICO 61CUBANO
elige esta opción, el control de la protección será de un solo estado e inicialmente está
cerrado el cual se introduce un valor de tiempo de 0.2 segundos para abrir el circuito, por
lo tanto es obvio que el circuito queda fuera de servicio permanentemente la siguiente
figura 3.15 muestra la configuración detallada de estos elementos.
Figura 3.15: Configuración del tiempo de falla y apertura de la protección.
III.9 SIMULACIONES:
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
CAPÍTULO 3 EJEMPLO DE UNA LÍNEA REAL DEL SISTEMA ELÉCTRICO 62CUBANO
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
CAPÍTULO 3 EJEMPLO DE UNA LÍNEA REAL DEL SISTEMA ELÉCTRICO 63CUBANO
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.
CAPÍTULO 3 EJEMPLO DE UNA LÍNEA REAL DEL SISTEMA ELÉCTRICO 64CUBANO
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.
CAPÍTULO 3 EJEMPLO DE UNA LÍNEA REAL DEL SISTEMA ELÉCTRICO 65CUBANO
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
CAPÍTULO 3 EJEMPLO DE UNA LÍNEA REAL DEL SISTEMA ELÉCTRICO 66CUBANO
CAPÍTULO 3 EJEMPLO DE UNA LÍNEA REAL DEL SISTEMA ELÉCTRICO 67CUBANO
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.
CAPÍTULO 3 EJEMPLO DE UNA LÍNEA REAL DEL SISTEMA ELÉCTRICO 68CUBANO
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
CAPÍTULO 3 EJEMPLO DE UNA LÍNEA REAL DEL SISTEMA ELÉCTRICO 69CUBANO
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.
CAPÍTULO 3 EJEMPLO DE UNA LÍNEA REAL DEL SISTEMA ELÉCTRICO 70CUBANO
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
CAPÍTULO 3 EJEMPLO DE UNA LÍNEA REAL DEL SISTEMA ELÉCTRICO
CUBANO 71
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.
.
CONCLUSIONES 72
REFERENCIAS BIBLIGRÁFICAS
1. http:\\www.pscad.com.
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.
http://www.hvdc.ca.
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.
16. http://es.wikipedia.org/wiki/Aliasing.
CONCLUSIONES 73
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 .
CONCLUSIONES 74
El límite de 15 nodos en la versión estudiante no limita el uso del software en
estudios de proyectos con equivalentes del sistema y más aún la realización de los
mismos con objetivos docentes.
RECOMENDACIONES 75
RECOMENDACIONES
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.
Continuar trabajando sobre la versión estudiante para determinar sus limitaciones
reales no solo en nodos sino en modelaciones de los distintos elementos.
Diseñar la visualización de la característica cuadrilateral partiendo de su definición
geométrica.
Confeccionar carpetas de proyectos y usar estos en los seminarios de apoyo a las
asignaturas de la especialidad.
Imprimir por partes este trabajo para que sirva como material de estudio y apoyo a
la docencia.
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.