GRUPO 3, Matlab y Simulink, 7mo Electrica

UNIVERSIDAD TÉCNICA DE COTOPAXI UNIDAD ACADÉMICA DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA Y APLICADAS INGENIERÍA ELÉCTRICA

CICLO: 

Séptimo

PARCIAL:

Tercero

FECHA DE ENTREGA:  21/01/2014 DEBER Nº:

1

DOCENTE:

Ing. Marcelo Barrera

ASIGNATURA:

Matlab y Simulink

TEMA:

- Análisis de la forma de onda del SEP, ante una falla trifásica a tierra.

INTEGRANTES:

- Mauricio Aguilar - Cristian Flores - César Taday

Latacunga  –  Ecuador  Ecuador 2013-2014

MATLAB Y SIMULINK 1. TEMA Análisis de la forma de onda del SEP, ante una falla trifásica.

2. OBJETIVOS 2.1. OBJETIVO GENERAL. 

Analizar el comportamiento del SEP, ante la presencia de un cortocircuito trifásico a tierra en una de las líneas, con la finalidad de obtener las formas de onda en las  barras C y B, lo que es importante para el análisis de la estabilidad y operación de los sistemas de potencia.

2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS: 

Realizar la simulación de la falla trifásica a tierra mediante el uso del programa Simulink, introduciendo los parámetros indicados en el folleto.



Obtener las formas de onda de la las barras C, B, y realizar una comparación de los resultados, con y sin falla.



Obtener los valores de voltaje y corriente de las simulación con y sin falla, y realizar la respectiva comparación de de los datos obtenidos, con sus respectico criterio.



Realizar un análisis final del comportamiento del sistema, ante la presencia de la falla, emitir un criterio al respecto.

3. MARCO TEÓRICO Cortocircuito Se denomina cortocircuito  al fallo en un aparato o línea eléctrica por el cual la corriente eléctrica pasa directamente del conductor activo o fase al neutro o tierra en sistemas monofásicos de  corriente alterna,  entre dos fases o igual al caso anterior para sistemas  polifásicos, o entre polos opuestos en el caso de corriente continua. Es decir: Es un defecto de baja impedancia entre dos puntos de potencial diferente y produce arco eléctrico, esfuerzos electrodinámicos y esfuerzos térmicos.

Los cortocircuitos trifásicos dan origen a fallas simétricas pues el SEP permanece eléctricamente balanceado, en cambio los cortocircuitos bifásicos aislados y a tierra y el monofásico, así como 1 ó 2 fases abiertas corresponden a fallas asimétricas, ya que el sistema queda eléctricamente desbalanceado en el punto de falla.

Cortocircuito trifásico Es el defecto que corresponde a la unión de las tres fases. La intensidad de cortocircuito Icc 3Ø es:

Siendo: U: (tensión compuesta entre fases) la que corresponde a la tensión de vacío del transformador, cuyo valor es superior entre un 3% y 5% a la tensión en bornes de la carga. Por ejemplo, en las redes a 390 V, la tensión compuesta que se considera es U = 410 V, y como tensión simple, U/ √3 = 237 V. El cálculo de la intensidad de cortocircuito se reduce entonces al cálculo de la impedancia Zcc, impedancia equivalente a todas las impedancias (de la fuente y las líneas) recorridas  por Icc desde el generador hasta el punto de defecto (figura 12).

 Figura 1.- SEP estudiado en este análisis.

Comportamiento de un generador en condiciones de cortocircuito trifásico simétrico El generador en vacío antes de producirse la falla La corriente que circula por cada fase del generador en cortocircuito, es similar a la que circula por un circuito R-L serie, alimentado brúscamente por una fuente de tensión sinusoidal; es decir, la corriente es asimétrica respecto al eje de tiempo y disminuye en forma exponencial. Sin embargo, existe una diferencia fundamental y ella radica en el hecho de que la reactancia del generador no permanece constante durante el fenómeno.

 Figura 2.- Comportamiento de la corriente en un generador, por fases y corriente de falla

Las corrientes en las 3 fases de un generador en cortocircuito, se ilustran en la Fig 2. Usualmente la corriente continua no se considera en el análisis y su efecto se considera  posteriormente en el cálculo de las corrientes instantáneas y de interrupción de los interruptores. Despreciando el efecto de la componente continua, la corriente de cortocircuito de una fase cualquiera, resulta simétrica, como se muestra en la Fig. 4.3, que corresponde a un generador con enrollados amortiguadores y en vacío antes de producirse la falla.

Durante un cortocircuito trifásico simétrico en un SEP, las tensiones en las barras no falladas disminuyen. La magnitud de la caída de tensión en las barras es una indicación de la capacidad de SEP para reaccionar frente al cortocircuito. Es conveniente disponer de una medida de esta propiedad del sistema como asimismo de la severidad de la falla. Ambos objetivos se pueden cumplir definiendo una cantidad denominada "Potencia de cortocircuito", "Capacidad de cortocircuito", o "nivel de falla" de la barra fallada.

Consideremos una barra (p) cualquiera del SEP en la cual se ha producido un cortocircuito trifásico simétrico. Sus efectos pueden ser:

Térmicos: La corriente muy elevada produce calentamiento de los conductores por efecto Joule. En el cortocircuito, por su pequeña duración, el calor producido se utiliza exclusivamente en elevar la temperatura del conductor (que alcanza su temperatura máxima admisible en milisegundos) sin ceder calor al exterior, provocando la destrucción del conductor.

Electrodinámicos: Las fuerzas de atracción o repulsión que aparecen entre conductores por efecto del campo magnético creado a su alrededor por la corriente que los recorre, son

directamente

 proporcionales al producto de esas corrientes e inversamente proporcionales a la distancia entre conductores. Las corrientes de cortocircuito, de valor muy elevado, hacen que estas fuerzas electrodinámicas sean también muy elevadas,

pudiendo destruir las barras de

conexión. Cuando se resuelve un problema utilizando componentes simétricas, se acostumbra designar las tres fases del sistema como a, b y c, de forma que la secuencia de fase de los voltajes y las corrientes en el sistema es abc. Así, la secuencia de fase de las componentes de secuencia positiva es abc y la secuencia de fase de las componentes de secuencia negativa es acb. Si los fasores originales de voltaje se designan como Va, Vb y Vc, a b c & & & los tres conjuntos de componentes simétricas se designan agregando un subíndice (o superíndice) adicional 1 para las componentes de secuencia positiva, 2 para las de secuencia negativa y 0 para las de secuencia cero. Una vez obtenidos los resultados en el dominio de las componentes simétricas, los valores reales en cantidades de fase se calculan

haciendo uso de una transformación inversa adecuada.

 Figura 3.- Diagrama de impedancias en p.u. del sistema

Datos:

POTENCIA

VOLTAJE

IMPEDANCIA

20 MVA.

13.2 Kv.

Z N = j 0.15 p.u

G2

20MVA.

14.4 Kv

Z N = j 0.15 p.u

MS

30 MVA.

6.9 Kv

Z N = j 0.20 p.u.

T1

15 MVA

6.9∆ - 66Y kV

Z N = j 0.08 p.u.

T2 (BT-3Ø) 5 MVA.

6.4 - 35.3439 kV

Z N = j 0.1 p.u.

T3 y T4

20 MVA

13.8∆ - 138Y kV

Z N = j 0.11 p.u.

T5 y T6

20 MVA

13.2Y - 69Y kV

Z N = j 0.12 p.u.

ZL1 = 2Z L2 = 2Z L3 = j40

La aplicación del método de las componentes simétricas al cálculo de cortocircuitos asimétricos significa que cada componente del SEP se representa por tres circuitos equivalentes monofásicos, correspondiendo cada uno a una determinada secuencia.

4. DESARROLLO. Forma de onda en barra B, sin falla (Voltaje)

Forma de onda en barra B, sin falla (Corriente)

Valores RMS Voltaje:

Va=8268

Vb=8263

Vc=8274

[V]

Corriente:

Ia=201.1

Ib=201.2

Ic=200.9

[A]

Forma de onda en barra C, sin falla (Voltaje)

Forma de onda en barra C, sin falla (Corriente)

Valores RMS Voltaje:

Va=4305

Vb=4299

Vc=4302

[V]

Corriente:

Ia=2.71

Ib=2.71

Ic=2,70

[A]

Forma de onda en barra B, con falla (Voltaje)

Forma de onda en barra B, con falla (Corriente)

Valores RMS Voltaje:

Va=8263

Vb=8264

Vc=8262

[V]

Corriente:

Ia=405.2

Ib=260.4

Ic=266.4

[A]

Forma de onda en barra C, con falla (Voltaje)

Forma de onda en barra C, con falla (Corriente)

Valores RMS Voltaje:

Va=4292

Vb=4295

Vc=4294

[V]

Corriente:

Ia=2.75

Ib=2.76

Ic=2,70

[A]

Forma de onda de la Falla (Voltaje)

Forma de onda de la Falla (Corriente)

Valores RMS Voltaje:

Va=42

Vb=42

Vc=42

[kV]

5. ANALISIS Los efectos de las fallas sobre un SEP son muy diversos y su respuesta depende de la configuración del sistema, lo que resulta de una innumerable cantidad de variables que  pueden verse afectadas por las fallas. Los estudios de fallas nos permiten calibrar las  protecciones y con el simulador de SIMULINK, podemos analizar en forma transitoria los efectos de las fallas, mismos resultados que en los cálculos no se pueden apreciar de igual forma. Pudimos observar en la simulación como el sistema se altera ante la falla trifásica, dando origen a picos de voltaje, distorsiones en la forma de onda tanto en voltaje como corriente, las corrientes de retorno afectan negativamente al sistema creando desbalances, en las magnitud, conocidos más comúnmente como sobre voltajes. Al ser un SEP relativamente pequeño los efectos de la falla son muy notorios ya que el sistema tardaría mas en despejar la falla en comparación con un SEP más grande esto se debe a la robustez. Al momento inicial de la falla los valores de V e I son desproporcionados, luego de transcurrir la falla el sistema se va recuperando transitoriamente hasta regresar a los valores nominales de operación. Es de vital importancia que las protecciones estén bien calibradas de lo contrario una falla de estas  podría hacer colapsar al sistema.

6. CONCLUSIONES: 

Los valores de voltaje y corriente tienen una variación en su magnitud, además  podemos observas las distorsiones de forma de onda presentes por causa de la falla.



Las distorsiones causadas por la falla trifásica a tierra se aprecian en las tres fases, las condiciones de desbalance se presentan inmediatamente al momento de ocurrir la falla.



Para que el SEP se recupere pasa un tiempo entre el momento de finalizar la falla hasta que el sistema retorne a sus valores nominales, los tiempos van a variar de acuerdo al tamaño del sistema.



En una falla las corrientes en el neutro pueden ser muy elevadas, como ya sabemos la pérdida de un neutro en un transformador ocasiona que los voltajes monofásicos se vean aumentados a aproximadamente el doble de su valor nominal lo que resulta en un alto riesgo para los usuarios del SEP.



Pasar de un estado transitorio, significa tener al equipo sometido a varios aspectos que afectan la calidad de la energía, lo que nos obliga a mantener un criterio para el análisis de los sistemas de potencia en base a todas la materias hasta el momento aprendidas.

7. RECOMENDACIONES: 

Las corrientes de estado transitorio superan el valor nominal de 5 a 10 veces lo cual es considerado para el cálculo de las protecciones.



Tanto los sobre voltajes como los bajos voltajes pueden ocasionar deterioro de los equipos electrónicos, por lo que se debe considerar tener dispositivos de protección  bien calibrados para evitar daños en las cargas.



La frecuencia es otro parámetro que resulta afectado con las fallas todo esto en análisis transitorio, no se dan cambios muy drásticos por ser una falla simétrica pero son apreciables ya que los sobre voltajes terminal con el aislamiento de materiales como conductores, aisladores, transformadores, generadores, etc.



Las variaciones de voltaje afectan al rendimiento de equipos como motores, transformadores, así como la vida útil de ellos, por lo que este tipo de simulaciones nos pueden ayudar a diagnosticar problemas que usualmente se presentan en la industria.

8. BIBLIOGRAFÍA. 

GRAINGER, Jhon D. y William D.STEVENSON, “Análisis de Sistemas Eléctricos

de Potencia”, McGraw-Hill, México, 1ª Edición, 1995. 

FITZGERALD, A. E. y otros, “Electric Machinery”, McGraw-Hill, Kogakusha, Tokyo, 3 edición, 1971.



http://www.fglongatt.org/Archivos/Archivos/SP_I/Capitulo3SP1-2007.pdf



http://elec.itmorelia.edu.mx/tovar/9modsistpu-01.htm