CURSO BÁSICO EMTP/ATP

Horacio Torres-Sánchez

Profesor Titular UN

Programa de Investigación sobre Adquisición y

Análisis de Señales - PAAS-UN

Universidad Nacional de Colombia

www.paas.unal.edu.co

Historia Análisis de Transitorios (1/2)

• Bewley. Diagramas de Lattice. [L. V. Bewley, “Transient

oscillations in distributed circuits with special reference to transformer

windings,” Transactions of the American Institute of Electrical, vol. 50, pp.

1215–1233, December 1931.]

– Válido únicamente para líneas sin pérdidas.

• Bergeron. Líneas Características. [Bergeron. L., (1950),

Du coup de belier en hydraulique an coup du foudre en electricite. Ed. Dunod, Paris.]

– Válido únicamente para líneas sin pérdidas.

• TNA (1980). Solución Análoga.

– Modelamiento de la mayoría de componentes.

Transient Network Analyzer TNA

Historia Análisis de Transitorios (1/3)

• Dommel (1969). [H. Dommel. Digital Computer Solution of

Electromagnetic in Single und Multiphase Networks”. IEEE PAS. Vol.88, april

1969]

– Válido para cualquier tipo de líneas.

– Modelamiento de cada una de las componentes.

– Solución mediante métodos numéricos (Regla trapezoidal de integración, técnicas de matrices dispersas).

Historia del EMTP/ATP (2/3)

• Versión de PC para reemplazo del TNA.

• Bonneville Power Administration - BPA,

Oregon (USA). [Como agencia del gobierno USA, lo realizado está

disponible gratuitamente bajo el principio de “Freedom of Information”]

– S. Meyer y H. Dommel.

• 1984 – Versión Comercial. (DCG)

• 1984 – ATP (Alternative Transients Program).

FORTRAN 77. Surge cuando los Drs. W. Scott

Meyer y Tsu-huei Liu no aprobaron la

comercialización del EMTP

• Royalty – Free (Libre de derechos de Autor).

– No comercializable.

– Entregado únicamente a instituciones.

– Manejado a través de grupos de usuarios locales.

– Colombia: Grupo EMTP/ATP

Historia del EMTP/ATP (3/3)

Capacidades del ATP (1/4)

• Parámetros concentrados (Resistencia,

Inductancia y Capacidad).

• Equivalentes polifásicos (Matrices

simétricas de R, L y C).

• Líneas de transmisión polifásicas

(Parámetros constantes y dependientes de la

frecuencia).

• Resistencias no-lineales (característica

tensión-corriente, característica R(t))

Capacidades del ATP (2/4)

• Inductancias no-lineales (característica

tensión-corriente, histéresis).

• Interruptores (spark gaps, diodos y

tiristores).

• Fuentes de corriente y Tensión (funciones

matemáticas estándar o punto a punto vía

FORTRAN).

• Máquinas Eléctricas (trifásicas sincrónicas,

de inducción y DC)

Capacidades del ATP (3/4)

• Sistemas de Control dinámicos [Transient

analysis of control systems– TACS].

– Operaciones lineales y no lineales.

– Tratamiento de señales.

– Modificaciones al circuito simulado.

• Lenguaje de Programación – MODELS.

– Formato libre.

– Rutinas externas.

– Cualquier lenguaje de programación.

Capacidades del ATP (4/4)

(Programas Anexos)

• LINE-CABLE CONSTANTS. (Parámetros de Líneas de Transmisión).

• SATURA. (Curvas de saturación del núcleo de un transformador).

• XFORMER, BCTRAN. Modelo de un transformador lineal.

• ZNO FITTER. Modelo de descargadores de sobretensión de Oxido de Zinc.

Versiones del ATP

• Windows:

– Watcom.

– Salford.

– GNU.(mingw32)

• Linux.

– GNU.

Tipos de Análisis con el ATP (1/3)

• Análisis Transitorio:

– Maniobras, impactos de descargas eléctricas.

– Cálculo de régimen permanente de sistemas no-lineales.

Solución en el dominio del tiempo.

-Regla trapezoidal de integración.

- Simulación de no-linealidades por medio de representación a pedazos.

Tipos de Análisis con el ATP (2/3)

• Análisis en Frecuencia:

– Variación de Impedancias. (Frequency

Scan).

– Propagación de Armónicos.(Harmonic

Frequency Scan).

Solución en el dominio de la frecuencia.

-Solución de ecuaciones nodales (Z: fasor)

Tipos de Análisis con el ATP (3/3)

• Análisis de sensibilidad:

– Pocket Calculator Varies Parameter.

• Análisis Estadístico:

– Densidad de probabilidad de las

sobretensiones producidas por maniobras.

– Método de Monte Carlo para tiempos de

cierre y apertura.

Datos de Entrada al ATP

• Texto con Formato. (FORTRAN 77)

– Formato rígido. (Máximo 80 Columnas)

• Organización por tarjetas.

– Tarjetas de comentarios.

• Definición de cada uno de los nodos. (Máximo 6 caracteres).

(formato en columnas, ejemplo de caso en texto)

Estructura del EMTP-ATP (1/2)

Estructura del EMTP-ATP (2/2)

Salidas del ATP

• *.lis:

– Lectura de las tarjetas del archivo de texto.

– Conectividad de los elementos.

– Solución de estado estacionario.

– Variables de salida punto a punto.

– Impresión por medio de caracteres (Opcional).

– Valores extremos de las variables de salida.

– Errores en el circuito.

• *.pl4:

– Archivo para graficación.

Ejecución de un caso en ATP

• D.O.S. (Todas las versiones).

• Cargar el archivo del caso.

• Definir el destino que tienen los archivos de

resultados.

• Orden final de ejecución (Identificación de

variables máximas).

Algoritmo de Solución del ATP

• Conectividad de la red.

• Representación de cada componente en su

equivalente de Dommel.

• Construcción de la matriz de admitancia Y.

• Solución del sistema [Y][V] = [I], donde I

esta compuesto por fuentes conocidas y por

“Historias pasadas”.

Interfaz Gráfica (ATPDraw)

Casos Típicos de Sobretensiones

EMTP/ATP

Cable – Línea - Cable

Cable-Línea-Cable

Diagrama de Lattice – Método de Bweley

Cable – Línea - Cable

Cable – Línea - Cable

Líneas de transmisión

Líneas de transmisión

Líneas de transmisión

Líneas de transmisión

Líneas - Subestación

Líneas - Subestación

Líneas - Subestación

Líneas - Subestación

Líneas subestación

Torre transmisión

Torre transmisión

Torre transmisión

Divisor de tensión

Divisor de tensión

Divisor de tensión

Divisor de tensión

Reencendido en seccionador SF6

Esquema subestación doble barraje

Seccionador tipo NKV 362/3150

Seccionador investigado

Seccionador investigado

Fenómeno de reencendido [1/3]

Fenómeno de reencendido [2/3]

Fenómeno de reencendido [3/3]

Seccionador investigado

X en función de la velocidad

S en función de x

UD en función de S

UD = 2500.p + 2900

ED en función de p

Circuito de laboratorio

Circuito equivalente simplificado

Circuito equivalente de Dommel

Diagrama de flujo

Modelo para el ATP

MODEL para reencendido

Transitorio por reencendido en ATP

Tensión UA y UB

Corriente de arco

Reencendido en función de CB/CS

Modelamiento matemático de

transformador de distribución

Cálculo de capacidades

Ecuaciones basadas en métodos

electromagnéticos o por medio del

método de Simulación de cargas.

Cálculo de Inductancias

En ambos casos (trafos mono y

trifásicos) la inductancia propia

fue calculada por medio de una

expresión analítica derivada de

consideraciones de campos

electromagnéticos.

Parámetros medidos y calculados

Modelo matemático

Para la implementacióncomputacional del modelo deltransformador de distribución seutilizó el programa EMTP/ATP,con el módulo “Transformer”, elcual permite incluir lascapacidades y la curva desaturación. Se desarrollaron tresmodelos para cada tipo detransformador. Cada uno de loscuales permite representar elcomportamiento del transformadorante señales de media, baja y altafrecuencia (60Hz hasta impulsostipo rayo).

Modelo de transformador en el ATP

Circuito Experimental Guachipay

Circuito experimental montado en el

ATPDraw

Trafos Prototipo Nuevo Diseño

Instalación del Trafo Prototipo Nuevo Diseño

TENSION TRANSITORIA DE

RESTABLECIMIENTO - TTREl TTR se presenta al momento de la

apertura de una corriente de corto

circuito. En el momento en que se

separan los contactos del interruptor, un

arco se forma entre la parte metálica de

estos.

El arco lleva corriente hasta que ocurre

una corriente cero, momento en el cual el

interruptor tiene la oportunidad de

recuperar completamente el proceso de

interrupción.

La tensión que aparece entre los

contactos parte de ser cero pero a medida

que se separan los contactos y el arco se

mantiene, esta tensión aumenta, hasta

llegar al valor de la tensión nominal

después de la extinción del arco

Modelo de la TTR en el ATP