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Informe de Estudio Elctricos
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ESTUDIO DE OPERATIVIDADCONEXIN TEMPORAL COTARUSE-SELENE 66 KV
INFORME DE ESTUDIO DE TRANSITORIOSELECTROMAGNTICOS
Revisin Modificaciones Fecha
1 Emisin Original 2014-04-16
ElaboracinRevisin Aprobacin
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ESTUDIO DE TRANSITORIOS ELECTROMAGNTICOS
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Contenido
1. OBJETIVOS ........................................................................................................................ 3
2.
METODOLOGA ................................................................................................................. 3
3.
MODELAMIENTO DE LA RED DE ESTUDIO .................................................................. 5
4.
ENERGIZACIN DE LNEAS ............................................................................................ 6
5.
RESPUESTA EN FRECUENCIA DE LA RED .................................................................. 8
6.
ENERGIZACIN DE TRANSFORMADORES ................................................................ 10
7.
CONCLUSIONES ............................................................................................................. 13
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1. OBJETIVOS
Este documento presenta los resultados correspondientes a los estudios de
transitorios electromagnticos, realizados para la conexin temporal del
transformador de la minera Selene a la subestacin Cotaruse, como parte de
los alcances del estudio de operatividad.
2. METODOLOGA
Evaluar el impacto que presentar al SEIN la operacin de conexin temporal
Cotaruse-Selene 66 kV, con relacin a los transitorios electromagnticos para
evaluar las maniobras de energizacin de la lnea y el transformador asociado
al proyecto. Se identificar eventuales condiciones de ferroresonancia durante
estas energizaciones.
Para realizar los estudios de transitorios electromagnticos se efectan
simulaciones digitales con el programa DigSILENT Power Factory.
Los casos analizados para verificar los fenmenos transitorios son lossiguientes:
Energizacin de lnea
Respuesta en frecuencia de la red
Energizacin del transformador de Ares.
Para las sobretensiones de maniobra se adoptan tensiones base pico en cada
nivel de tensin, para expresar los valores de sobretensiones en p.u.
Para el sistema de 220 kV:
179,6 kV (tensin base pico fase-tierra)
311,1 kV (tensin base pico fase-fase)
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Las maniobras simuladas son estadsticas y permiten obtener los valores
medios y la desviacin estndar () con las cuales se calcula el valorestadstico que corresponde a las sobretensiones con el 95% de probabilidad
de ocurrencia.
La distribucin Normal del tiempo de cierre y la dispersin se relacionan
mediante las igualdades mostradas en la siguiente figura:
Figura 1. Distribucin normal Gaussiana para la mediana (polo R) y dispersin de polos S y T
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3. MODELAMIENTO DE LA RED DE ESTUDIO
En la Figura 2 se presenta el diagrama general en el que se representan las
lneas de transmisin, la compensacin con reactores, los bancos de
compensacin serie y el transformador objeto de anlisis.
Figura 2. Diagrama general proyecto de conexin provisional
La longitud de la lnea de 60kV es de 28,7 km desde Cotaruse hasta laconexin en Selene. El modelo representado considera equivalentes de la
zona centro y sur en demanda mxima estiaje para el ao 2014.
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4. ENERGIZACIN DE LNEAS
Se realizaron para la lnea 200 energizaciones estadsticas, con 100 ms de
tiempo de simulacin. Para la simulacin se emple interruptores estadsticos
con una dispersin mxima entre polos de los interruptores de 5 ms, con
distribucin normal.
Se hicieron las simulaciones cubriendo 180 de la onda de tensin cosenoidal,
con una distribucin uniforme. La Figura 3 y la Figura 4 muestran una de las
200 energizaciones simuladas. Se ha representado grficamente uno de los
casos ms crticos identificados solo como referencia para tener una
interpretacin grfica del fenmeno.
Figura 3. Energizacin de la lnea de 60kV, tensiones en el extremo local y remoto.
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Figura 4. Energizacin de la lnea de 60kV, corriente de energizacin.
Para el anlisis del impacto de energizar la lnea se presenta laFigura 5 que
nos indica los resultados del anlisis estadstico indicando la media, la
desviacin estndar, la varianza y el intervalo de confianza para analizar estos
resultados.
Se muestra que la probabilidad para sobretensiones mayores a 1.6p.u. es
menor a 50%. Cabe resaltar que las simulaciones se efectuaron sin considerar
los pararrayos de 60kV con la finalidad de obtener mximas tensiones
registradas.
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Figura 5. Probabilidad acumulada para la mxima sobretensin registrada durante laenergizacin de la lnea CotaruseSelene.
5. RESPUESTA EN FRECUENCIA DE LA RED
Se realizaron anlisis de impedancia en funcin de la frecuencia en el ao2014 en demanda mxima estiaje, en los nodos donde se harn las
energizaciones de los transformadores, bsicamente en la subestacin
Cotaruse, con el fin de explorar la ocurrencia de polos a los armnicos
caractersticos de orden 2, 3, 5, 7 y 11 y posteriormente en tales casos analizar
la interaccin de la red con las corrientes de inrush del transformador durante
la energizacin y la posibilidad de aparicin de sobretensiones.
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Figura 6. Diagrama de impedancia de la red Z(w).
Figura 7. Diagrama de ngulo de las impedancias de la red a los armnicos caractersticos.
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6. ENERGIZACIN DE TRANSFORMADORES
Los transformadores tendrn interruptores sin mando sincronizado por lo que
realizo una exploracin estadstica de las corrientes de inrush y de las
sobretensiones al energizar el transformador de la minera Ares.
Los parmetros que influencian la corriente de Inrush son: la caracterstica de
saturacin del transformador, la impedancia de cortocircuito del transformador,
el flujo remanente en el transformador al momento de energizacin, la
impedancia equivalente del sistema y la dispersin al cierre de los polos del
interruptor.
La caracterstica se saturacin despus del codo de saturacin se model con
una pendiente de 0,15 p.u. por recomendacin prctica recibida de IREQ,
asimismo este valor es exigente comparado con recomendaciones de
pendientes de 20 y 25%.
Para la parte saturada de la caracterstica de magnetizacin de los reactores
se toma como 0.33 y el codo de la tensin en 1.25p.u. Esto en base a los
criterios de diseo de reactores y las recomendaciones de los fabricantes. A
continuacin se muestra una de las 400 energizaciones simuladas, la cual en
si fue escogida para verificar la mxima corriente de inserccion.:
Figura 8. Corrientes de insercin del transformador de la minera.
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Para considerar la dispersin entre polos del interruptor se hicieron
energizaciones estadsticas con 400 maniobras de energizacin deltransformador de Ares.
Los resultados de las mximas sobretensiones se muestran en laFigura 9,el
cual indica que tenemos una mxima probabilidad de hasta 7% para
ocurrencia de sobretensiones mayores a 1.14p.u.
Tomamos como referencia 1.14p.u. para el anlisis debido a que pueden ser
mitigadas por el pararrayos del transformador dado que es de clase 4 cuyas
caractersticas tcnicas son:
Figura 9. Probabilidad acumulada debido a la energizacin del transformador de la minera.
Respecto al fenmeno de simpata no se ha identificado mayores distorsiones
de la corriente en los reactores, esto se puede ver en la simulacin mostradaen laFigura 10,la cual es una de las 400 energizaciones estadsticas.
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Este fenmeno de simpata no es apreciable en reactores debido a que estos
equipos tienen el codo de saturacin normalmente en 1.25p.u. debido anecesidades propias por la condiciones operativas de este equipo de
compensacin shunt.
Figura 10. Corrientes de simpata en los reactores de Cotaruse debido a la energizacin deltransformador de la minera.
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7. CONCLUSIONES
Se efectu una evaluacin de las sobretensiones de maniobra,
realizando 200 simulaciones estadsticas, para la lnea de transmisin a
la minera Selene y para las maniobras de energizacin del
transformador. Se obtienen parmetros estadsticos (valor medio,
desviacin estndar () de sobretensiones, con el 95% de probabilidad
de ocurrencia.
La corriente de inrush en el transformador puede ser hasta del orden de
2.03 p.u. de la corriente nominal en el caso ms desfavorable, pero se
observa que las sobretensiones tienen una probabilidad menor de 7% de
alcanzar niveles superiores a 1.14p.u. Ms aun considerando los
equipos de proteccin tales como el pararrayos se concluye que desde
el punto de vista de sobretensiones no se ver comprometida la red de
transmisin.
Los resultados de la energizacin del transformador de Ares se basan en
la condicin ms desfavorable, es decir, realizando la maniobra de los
transformadores sin mando sincronizado y sin embargo no se observa
mayores sobretensiones que no puedan ser mitigadas por la
caracterstica nominal del pararrayos.
El efecto de simpata sobre los reactores de la subestacin Cotaruse no
es apreciable tal como se muestra en la Figura 10 esto debido a la
caracterstica tpica de los equipos de compensacin shunt cuyo punto
de rodilla de saturacin esta entre 1.25 y 1.35p.u.
Se hizo el anlisis de impedancia en funcin de la frecuencia en el nododonde se harn las energizacin del transformador, bsicamente en
Cotaruse 220 kV, con el fin de explorar la ocurrencia de polos a los
armnicos caractersticos de orden 2, 3, 5, 7 y 11. Se verifico que los
polos estn alejados.
No se presentan polos de magnitud elevada a los armnicos
caractersticos 2, 3, 5, 7 y 11 en los nodos analizados, por lo tanto, no se
esperan sobretensiones debidas a la interaccin entre las componentes
armnicas de las corrientes de inrush de transformadores, con las
impedancias armnicas de la red.