tarea 3_juan mina

TAREA 3: CLCULO DE IMPEDANCIAS DE SECUENCIA EN LNEAS CON CABLE

GUARDA

ING. JUAN DAVID MINA CASARAN

Curso Sistemas de Potencia

Profesor:

Csar Augusto Gallego Snchez

Ingeniero Electricista, M.Sc.

UNIVERSIDAD DEL VALLE

FACULTAD DE INGENIERA

PROGRAMA DE POSGRADO EN INGENIERA ELCTRICA Y ELECTRNICA

MODALIDAD EN INVESTIGACIN

SANTIAGO DE CALI, SEPTIEMBRE DE 2014

TAREA 3: CLCULO DE IMPEDANCIAS DE SECUENCIA EN LNEAS CON CABLE DE GUARDA



Cali Colombia 2

TAREA 3

Haciendo uso del programa de clculo y con base en el ejercicio en el cual hay dos cables de

guarda:

1. Calcular y evaluar las impedancias de secuencia: sin cable guarda, con un cable de

guarda, con dos cables de guarda.

Para realizar el clculo de las impedancias de secuencia, se tuvo en cuenta la configuracin

de la torre del ejercicio visto en clase, tal como se muestra en la Figura 1.

Figura 1. Distribucin de los conductores de cada circuito. Fuente: Notas de Clase, Curso Sistemas de

Potencia, 2014-B




Cali Colombia 3

El diagrama unifilar con las dos lneas acopladas se presenta en la Figura 2.

Figura 2. Diagrama unifilar de lneas acopladas (Yumbo-Alto Anchicaya)

Las caractersticas de los conductores de fase y el cable de guarda se presentan en la Tabla

1:

Tabla 1. Caractersticas de los conductores de la torre

Tipo de conductor de fase Tipo de conductor de guarda

Resistencia del conductor: 0,0412 /km Resistencia del conductor: 0,0727 /km

Radio Medio Geomtrico (RMG): 1,951 cm Radio Medio Geomtrico (RMG): 1,143 cm

1.1. Clculo de las impedancias de secuencia sin cable de guarda:

Para realizar el clculo de las impedancias de secuencia sin cable de guarda, primero se deben

ingresar los parmetros de lneas acopladas (LAC-AA-YUMBO), y desde la pestaa grupo

de acople se seleccionan las lneas a acoplar, tal como se muestra en las figuras 3 y 4.

Posteriormente, desde la pestaa disposicin, de los parmetros de lneas acopladas, se

ingresan las coordenadas de los conductores de fase de cada circuito (ver Figura 5). Luego

se procede a calcular las impedancias de secuencia.




Cali Colombia 4

Figura 3. Parmetros de los conductores de la torre (sin cable de guarda)

Figura 4. Lneas acopladas (seleccin de las lneas a acoplar)




Cali Colombia 5

Figura 5. Coordenadas de los conductores en la torre (sin cable de guarda)

Los valores de las impedancias de secuencia de los circuitos 1 y 2, fueron los siguientes

(Figura 6):

Figura 6. Impedancias de secuencia calculadas (sin cable de guarda)

Nota: Dado que las caractersticas de los conductores que componen cada circuito son las mismas (resistencia

de los conductores, posiciones de los conductores equidistantes), las impedancias de secuencia de cada

conductor de fase de los dos circuitos, son iguales.




Cali Colombia 6

1.2.Clculo de las impedancias de secuencia con un cable de guarda:

Para realizar el clculo de las impedancias de secuencia considerando un cable de guarda, se

ingresan los valores de resistencia y radio medio geomtrico del cable de guarda. Tambin

se ingresan las coordenadas del cable de guarda, para este caso se utiliz el cable de guarda

del circuito 1. Los parmetros mencionados anteriormente se muestran en las figuras 7 y 8.

Figura 7. Parmetros de los conductores de la torre (con un cable de guarda)

Figura 8. Coordenadas de los conductores en la torre (con un cable guarda)




Cali Colombia 7

Los valores de las impedancias de secuencia obtenidas fueron los siguientes (Figura 9):

Impedancias de secuencia circuito Yumbo-Anchicaya_1

Figura 9. Impedancias de secuencia calculadas del circuito 1 (con un cable guarda)

Impedancias de secuencia circuito Yumbo-Anchicaya_2

Figura 10. Impedancias de secuencia calculadas del circuito 2 (con un cable guarda)




Cali Colombia 8

De los anteriores resultados, se puede observar que los valores de las impedancias de

secuencia positiva son iguales para los dos circuitos, en cambio, las impedancias de secuencia

cero son diferentes, esto sucede por el efecto que causa la ubicacin del cable guarda, este se

encuentra ubicado en la parte superior del circuito 1, su disposicin no es equidistante

respecto al circuito 1 y 2 (ver Figura 11), por ende, causa una disparidad en las impedancias

de secuencia cero de los dos circuitos.

Figura 11. Distribucin de los conductores de cada circuito con un cable guarda.

Cabe la pena destacar el efecto que causa el cable de guarda en la magnitud de las

impedancias de secuencia cero de los circuitos:




Cali Colombia 9

Magnitud de la impedancia circuito 1 y 2, sin cable guarda:

1,20 (sin cable)0,21885 1,586J 1,60103 /Z km

Magnitud de la impedancia circuito 1, con un cable de guarda:

10 (con cable)0,13976 1,1643J 1,17266 /Z km

Magnitud de la impedancia circuito 2, con un cable de guarda:

20 (con cable)0,14019 1,1888J 1,19704 /Z km

La magnitud de la impedancia de secuencia cero tiende a ser mayor cuando no existe cable

guarda, o este se encuentra alejado respecto a los conductores de fase de los circuitos.

1.3.Clculo de las impedancias de secuencia con dos cables de guarda:

Figura 12. Parmetros de la torre (con dos cables guarda)




Cali Colombia 10

Figura 13. Coordenadas de los conductores en la torre (con dos cables guarda)

Los valores de las impedancias obtenidas fueron los siguientes (Figura 14):

Impedancias de secuencia circuito Yumbo-Anchicaya_1, con dos cables de guarda:

Figura 14. Impedancias de secuencia calculadas del circuito 1 (con dos cables guarda)




Cali Colombia 11

Impedancias de secuencia circuito Yumbo-Anchicaya_2, con dos cables guarda:

Figura 15. Impedancias de secuencia calculadas del circuito 2 (con dos cables guarda)

La magnitud de la impedancia de secuencia cero de los circuitos 1 y 2, con dos cables guarda:

1,20 (con cable)0,11044 1,0316J 1,037 /Z km

Figura 16. Grfico de magnitud de impedancia de secuencia cero vs nmero de conductores de guarda

(circuito 1)

1,60103

1,17266

1,037

1

1,2

1,4

1,6

1,8

0 1 2

Mag

nit

ud

de

la im

ped

anci

a |Z

o|

[/k

m]

Nmero de conductores de guarda

Circuito 1




Cali Colombia 12

Figura 17. Grfico de magnitud de impedancia de secuencia cero vs nmero de conductores de guarda

(circuito 2)

Se puede observar que al aumentar el nmero de cables de guarda, la impedancia de secuencia

cero de los circuitos disminuye su valor. Por otra parte, la impedancia de secuencia positiva

de los circuitos permanece constante.

2. Calcular cada circuito en forma independiente. Comparar resultados.

2.1.Clculo de las impedancias de secuencia de los circuitos 1 y 2, sin cable guarda:

Para realizar el clculo de las impedancias de forma independiente, esto es, sin considerar el

acople entre las lneas, se procede a ingresar el elemento torre de la librera de elementos del

software. Luego se ingresan los parmetros correspondientes al radio medio geomtrico,

resistencia de los conductores de fase y coordenadas de los conductores en la torre, tal como

se observa en la Figura 18.

1,60103

1,19704

1,037

1

1,2

1,4

1,6

1,8

0 1 2

Mag

nit

ud

de

la im

ped

anci

a |Z

o|

[/k

m]

Nmero de conductores de guarda

Circuito 2




Cali Colombia 13

Figura 18. Parmetros de torre para el clculo de impedancias de forma independiente (sin cable de guarda)

Los valores de las impedancias obtenidas para los circuitos 1 y 2 fueron los siguientes:

Figura 19. Impedancias de secuencia calculadas de forma independiente: circuitos 1 y 2 (sin cable de guarda)

Nota: los valores de las impedancias de secuencia de los dos circuitos son iguales dado que las caractersticas

de los conductores de fase y de guarda son similares, adems la disposicin de los conductores de cada circuito

en la torre se encuentran igualmente distanciados (ver Figura 1).




Cali Colombia 14

Comparando los resultados obtenidos de las impedancias de secuencia calculadas de

manera independiente (sin considerar cable guarda), con los resultados obtenidos cuando

las lneas se encuentran acopladas, se puede observar que el error es de 0%, los resultados

son iguales (ver figuras 6 y 19).

2.2.Clculo de las impedancias de secuencia de los circuitos 1 y 2, con un cable de guarda:

Para el clculo de las impedancias de los circuitos 1 y 2, considerando un cable de guarda, se

ingresaron los valores, tal como se observa en el recuadro rojo de la Figura 20.

Figura 20. Parmetros de torre para el clculo de impedancias de forma independiente (con un cable de

guarda)

Dado que las caractersticas de los conductores de los dos circuitos se suponen similares,

adems de que los conductores de cada circuito se encuentran equidistantes entre ellos

mismos, los valores correspondientes a las impedancias de secuencia fueron los siguientes:




Cali Colombia 15

Impedancias de secuencia del circuito 1 y 2 (calculadas de forma independiente),

considerando un cable de guarda:

Figura 21. Impedancias de secuencia calculadas de forma independiente: circuitos 1 y 2 (con un cable de

guarda)

Tabla 2. Comparacin de resultados impedancias de secuencia calculadas de forma independiente vs

impedancias considerando las lneas acopladas (con un conductor de guarda)

Impedancias

de secuencia

Forma de clculo de impedancias Error de clculo impedancias

Acople L - Independiente [%] Acople entre lneas Forma independiente

Circuito 1 Circuito 2 Circuito 1 Circuito 2 Circuito 1 Circuito 2

R1 [/km] 0,0412 0,0412 0,0412 0,0412 0 0

X1 [/km] 0,41509 0,41509 0,41509 0,41509 0 0

R0 [/km] 0,13976 0,14019 0,13953 0,13953 0,16 0,47

X0 [/km] 1,1643 1,1888 1,1479 1,1479 1,41 3,44

De la Tabla 2 se puede observar que existe un error relativo de 0,16% en el clculo de la

resistencia de secuencia cero para el circuito 1 dependiendo la forma de clculo (lneas

acopladas o forma independiente); para el clculo de la resistencia de secuencia cero del

circuito 2, el error aumenta a 0,47%. Por otra parte, se puede observar que el error relativo

en la forma de clculo de la reactancia de secuencia 0 para el circuito 1 es de 1,41% y para

el circuito 2 es de 3,44%.

2.3.Clculo de las impedancias de secuencia de los circuitos 1 y 2, con dos cables de guarda:




Cali Colombia 16

Figura 22. Parmetros de torre para el clculo de impedancias de forma independiente (con dos cables de

guarda)

Figura 23. Impedancias de secuencia calculadas de forma independiente: circuitos 1 y 2 (con dos cables de

guarda)

Tabla 3. Comparacin de resultados impedancias de secuencia calculadas de forma independiente vs

impedancias considerando las lneas acopladas (con dos conductores de guarda)




Cali Colombia 17

Impedancias

de secuencia

Forma de clculo de impedancias Error de clculo impedancias

Acople L - Independiente [%] Acople entre lneas Forma independiente

Circuito 1 Circuito 2 Circuito 1 Circuito 2 Circuito 1 Circuito 2

R1 [/km] 0,0412 0,0412 0,0412 0,0412 0 0

X1 [/km] 0,41509 0,41509 0,41509 0,41509 0 0

R0 [/km] 0,11044 0,11044 0,1101 0,1101 0,31

X0 [/km] 1,0316 1,0316 1,0127 1,0127 1,87

De la Tabla 3 se puede observar que existe un error relativo de 0,31% en el clculo de la

resistencia de secuencia cero para los circuitos 1 y 2 dependiendo la forma de clculo (lneas

acopladas o forma independiente); para el clculo de la reactancia de secuencia cero de los

circuitos 1 y 2, el error es 1,87%.

3. Para el ejemplo de clase (Yumbo-Pance-Alto Anchicaya), realizar un flujo de carga

suponiendo una temperatura de los conductores a 20C y luego calcular con 70C.

Comparar resultados.




Cali Colombia 18

Figura 24. Red elctrica en anillo: YUMBO PANCE ALTO ANCHICAY (ejercicio de clase)

3.1.Flujo de carga a temperatura nominal (20C ) y de operacin (70C)

Para realizar el clculo de flujo de carga a temperatura nominal de los conductores, se debe

ingresar el valor de temperatura en cada uno de los conductores de la red, desde la pestaa

diseo/material, tal como se muestra en la Figura 25.

Figura 25. Ingreso de la temperatura nominal de conductores (20C) para el anlisis de flujo de carga

Luego desde los parmetros de anlisis de flujo de carga (pestaa parmetros contingencia),

se verifica que no est chequeado la casilla considerar coeficiente de temperatura para

resistencia (), esto se realiza con el propsito de que el anlisis de flujo de carga se realice a

temperatura nominal: 20C.

Figura 26. Parmetros de flujo de carga (sin considerar coeficiente de temperatura de resistencia)

A continuacin se muestran los resultados de los dos anlisis, el primero considerando la

temperatura nominal (20C) y el segundo el cual considera la temperatura de operacin

(70C).




Cali Colombia 19

Figura 27. Red elctrica con resultados de flujo de carga (Temperatura nominal 20C)




Cali Colombia 20

Figura 28. Red elctrica con resultados de flujo de carga (Temperatura de operacin 70C)




Cali Colombia 21

Los resultados de los anlisis de flujo de carga se muestran en las tablas 4 y 5:

Tabla 4. Resultados de flujo de carga a 20C y 75C en las barras del sistema

Subestacin

Temperatura Voltaje

20C 75C

[kV] [kV]

Pance 224,18 223,74

Yumbo 225,99 225,81

A. Anchicay 230 230

Tabla 5. Resultados de flujo de carga a 20C y 75C en las lneas del sistema

Lnea

Temperatura Potencia Activa y Reactiva

20C 75C

P [MW] Q [MVAR] P [MW] Q [MVAR]

Yumbo - Pance 20,6 15,6 20,6 15,7

A. Anchicay -Yumbo 50,6 8,6 50,6 8,7

A. Anchicay - Pance 39,6 -6,9 39,7 -6,9

Se puede apreciar que, entre mayor es la temperatura de los conductores del sistema, se

genera relativamente una cada de voltaje en las barras, por otra parte, dado que el anlisis

se realiza con el modelo de carga sin dependencia del voltaje, los valores de potencia activa

y reactiva para cada temperatura de operacin es similar.

tarea 3_juan mina

Documents