Manual de Practicas de ATPDraw .pdf

MANUAL DE PRACTICA DE L CURSO DE ATPDRAW (ATP/EMTP)

FACILITADOR: JOSÉ MANUEL LUQUE NAVA.

Puebla, puebla a 06 de Diciembre del 2007.12.05.

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Contenido Practica 1.- Circuitos Básicos.

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Practica 2.- Equivalentes de Thevenin.

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Practica 3.- Líneas de Transmisión.

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Practica 4.- Calculo de Corto Circuitos.

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Practica 5.- Simulación y Análisis de Transitorios en un SEP.

9

Practica 6.- Simulación de Transformadores.

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Practica 1 Circuitos Básicos Objetivo: Simulación y análisis de circuitos básicos para aprender el manejo los elementos lineales, fuentes y medidores de ATPDraw (ATP/EMTP). Desarrollo de la practica: 1.- Simule y analice el circuito resistivo que es mostrado en la figura1.1

R1 Un

+ -

R2

R3

Figura 1.1.- Circuito resistivo con una fuente ideal de dc. Información necesaria para simular el circuito. Parámetro Fuente de Tensión de dc (Un). Resistor 1 Resistor 2 Resistor 3

Valor 125 Vcd 1,00 Ω 2,00 Ω 4,00 Ω

¿Cuál es la corriente total del circuito?. Respuesta: Itotal____________(A) ¿Cuál es la corriente que circula por los resistores 2 y 3? Respuesta: IR2 = __________ (A)

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y

IR3 = __________ (A)

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2.- Simule y analice el circuito resistivo que es mostrado en la figura1.2 R3

R1 Un1

+ -

R2

R5 R4

+ Un2 -

Figura 1.2.- Circuito resistivo con doble fuente ideal de dc. Información necesaria para simular el circuito. Parámetro Fuentes de Tensión Un1= Un2. Resistor 1 Resistor 2 = Resistor 3 Resistor 4 Resistor 5

Valor 125 Vcd 1,00 Ω 2,00 Ω 4,00 Ω 0,50 Ω

¿Cuál es la corriente que circula por el resistor 3?. Respuesta: IR3____________(A) ¿Cuál es la corriente que circula por los resistores 2 y 4? Respuesta: IR2 = __________ (A)

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y

IR3 = __________ (A)

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Practica 2 Equivalentes de Thevenin Objetivo: Simulación y análisis de circuitos básicos para representar equivalentes de Thevenin del sistema en ATPDraw (ATP/EMTP). Desarrollo de la practica: 1.- Represente el equivalente de Thevenin en ATPDraw (Ver figura 2.1), por medio de una fuente ideal de ca, considerando los siguientes parámetros.

R

L

Un

Figura 2.1.- Equivalente de Thevenin Z(+) = 0,0011947 + j0,0125448 pu Z(0) = 0,0047948 + j 0,0206306 pu Nota: Considere las siguientes cantidades base: S = 100 MVA y U = 115 kV. 2.- Simule una falla monofásica en la fase A considerando una resistencia de arco de 1 mΩ, 0.05 s después de iniciada la simulación. ¿Cuánta corriente de falla pico circula por la fase fallada? Respuesta: Ifalla = ____________ (Apico) ¿Cuál es la tensión máxima en las fases sanas? Respuesta: U = ______________ (Vpico)

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Practica 3 Líneas de Transmisión Objetivo: Simulación y análisis de una línea de transmisión de doble circuito en ATPDraw (ATP/EMTP). Desarrollo de la practica: Simular la línea de transmisión de 100 km de longitud, la figura 3.1 muestra el perfil de la torre de transmisión.

Figura 3.1 Perfil de la torre de transmisión con doble circuito La línea de transmisión tiene dos circuitos con un par de conductores por haz separados 45 cm, los parámetros de los conductores de fase tipo ACSR Bluejay y los hilos de guarda de 3/8, así como la configuración geométrica de la línea se muestran en la tabla 3.1.

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Notas: 1) El circuito 1esta compuesto por los conductores 1, 2 y 3, y el circuito 2 esta compuesto por los conductores 4, 5 y 6. 2) Utilice el modelo de línea de Bergerón. CONDUCTOR

X (m)

Yt (m)

Ym (m)

A1 A2 B1 B2 C1 C2 HG1

-4.00

26

18

4.00

26

18

-4.00

22.30

14.3

4.00

22.30

14.3

-4.00

18.60

10.6

4.00

18.60

10.6

-5.50

31

23

HG2

5.50

31

23

PARAMETROS

Diámetro = 0.031953 m R = 0.053387 Ω/km X = 0.239901 Ω/km

Diámetro = 0.009144 m R = 4.1951518 Ω/km X = 0.9322559 Ω/km

Preguntas: 1.- ¿Calcule las impedancias de la línea de secuencia positiva y secuencia cero calculadas a 60 Hz? R:

Z0 = ________________

y

Z1 = ________________.

2.- Obtenga el calculo de la impedancia de la línea de transmisión en un espectro de frecuencia.

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Practica 4 Calculo de Cortocircuito Objetivo: Simulación y análisis de cortos circuitos en la línea de transmisión en ATPDraw (ATP/EMTP). Desarrollo de la practica: Simular la línea de transmisión de 30 km de longitud, en la tabla se muestran la configuración geométrica de la línea, así como los parámetros de los hilos de guarda y los conductores de fase. Aplique una falla monofásica al 10 % de la línea, considerando una resistencia de arco de 5 Ω; después de 0.035 s aplicada la falla se extingue la falla. Aplique una falla trifásica al 30% de la línea en 0.45 s con una resistencia de arco de 5 Ω; después de 0.70 s aplicada la falla se extingue la falla. CONDUCTOR A

X (m) 0.0

Yt (m) 25.0

Ym (m) 10.0

CONDUCTORES

B

7.5

25.7

10.7

Rext = 1.4755 cm Rcd = 0.0634 Ω/km

Rint = 0.4920 cm

C

15.0

25.0

10.0

HG1

1.5

30.0

16.0

Rext = 0.476 cm

HG2

12.5

30.0

16.0

Rcd = 1.544 Ω/km

Preguntas: 1.- Cuales son las corrientes de cortocircuito para las fallas monofásicas y trifásicas: Corriente de falla monofásica (kA)

Corriente de falla trifásica (kA)

Corrientes Teóricas Corrientes obtenidas con ATPDraw

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Practica # 5 Simulación y Análisis de Transitorios en un SEP Objetivo: Simulación y análisis del comportamiento de una línea de transmisión ante distintos eventos; a) sobretensión por maniobra, b) fallas monofásicas y polifásicas. Desarrollo de la practica: 1. Utilice la capacidad de corto circuito del equivalente de Thévenin:

Zo =

0,0035621 + j 0,0883429 pu, Z1 = 0,0247912 + j 0,1816883 pu, y simule falla permanente de fase a tierra a 230 kV y cero grados de fase A, considerando una RF = 1e-5 Ohms. Nota: Ubase = 230 kV y Sbase = 100 MVA. 2. Modele una línea de transmisión de 230 kV de 124 Km con los siguientes datos: Tipo “overhead line” de tres fases, resistividad de terreno de 100 Ω-m, 60 Hz, skin effect, 2 conductores por fase de ACSR 900 KCM AWG en arreglo horizontal y separación 32 cm de haz de conductores, hilos de guarda AG8 (3/8”) aterrizado continuo, no transpuesta, modelo de Bergerón: CONDUCTOR A

X (m) 0.0

Yt (m) 25.0

Ym (m) 10.0

CONDUCTORES

B

7.5

25.7

10.7

Rext = 1.4755 cm

C

15.0

25.0

10.0

Rcd = 0.0634 Ω/km

HG1

1.5

30.0

16.0

Rext = 0.476 cm

HG2

12.5

30.0

16.0

Rcd = 1.544 Ω/km

Rint = 0.4920 cm

3. Con el equivalente realizado en el inciso 1 y la línea del inciso 2, simule una falla a la mitad de la línea (50%), considere para este caso un Deltat = 5E-5 s y realice la siguiente secuencia de eventos: EVENTO 1 2 3

TIEMPO (s) 0.00 0.05 0.25

4 5 6 7

0.35 0.50 0.65 0.75

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DESCRIPCION Inicio de la Simulación Energización Trifásica de la Línea de Transmisión Falla Monofásica en la Fase B de la Línea, a 62 km de la Fuente, Rf = 2,0 ohm Apertura Trifásica de la Línea Extinción de la Corriente de Arco Secundario en el Punto de Falla Recierre Trifásico de la Línea Fin de la Simulación

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Preguntas: 1.- De la practica 1; ¿Cuál es la tensión máxima pico en las fases sanas?. R:_____________ 2.- De la practica 2; ¿Calcule las impedancias de la línea de secuencia positiva y secuencia cero calculadas a 60 Hz? Z0 = ________________

R:

y

Z1 = ________________.

3.-De la practica 3 responda las siguientes preguntas a) Evento 2, ¿Cuál es la máxima sobretensión transitoria(kVpico) al cierre en el extremo abierto de la línea de transmisión?. b) Evento 3, ¿Cuál es la máxima sobretensión transitoria(kVpico) bajo la condición de falla en las fases sanas de la línea de transmisión?. c) Evento 4, ¿Cuál es la máxima sobretensión temporal(kVrms) bajo falla en las fases sanas en el extremo abierto de la línea de transmisión?. d) Evento 5, ¿Cuál es la máxima tensión de recuperación de cd en las fases sanas de la línea de transmisión?. e) Evento 6, ¿Cuál es la máxima sobretensión al recierre(kVpico) en el extremo abierto de la línea de transmisión?.

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Practica # 6 Simulación de Transformadores. Objetivo: Obtención del circuito equivalente de parámetros concentrados de un transformador de potencia y Simularlo en ATPDraw, realizar pruebas operativas a dicho transformador. Desarrollo de la practica: 1.- Obtenga el circuito equivalente de parámetros concentrados para un transformador de potencia tipo poste de 13 800/220 V, conexión Delta Estrella aterrizada, 15 kVA con Z = 3 % y cuenta con los siguientes datos de prueba: Prueba de Corto Circuito. Pcc = 164 W (pérdidas)

Tensión (pu) Corriente (pu) 0,000

0,0000

0,708

0,0038

Prueba en Vacío.

0,875

0,0068

Po = 69 W (pérdidas en vacío)

0,960

0,0110

1,000

0,0160

1,040

0,0320

1,100

0,1300

Las pruebas de circuito abierto realizadas al transformador tiene las siguientes características:

2.- Simule en ATPDraw el transformador trifásico considerando los parámetros calculados en el punto anterior y calcule la curva de saturación con el programa SATURA.

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3.- Después de obtener correctamente el modelo realice lo siguiente: a) alimente por el lado de 23 kV del transformador con una fuente de AC y varié su amplitud entre 100 V y 700 V, compare las siguientes variables y explique su comportamiento: • Corriente de magnetización y la corriente de excitación. • La tensión de entrada y tensión de salida. b) Alimente el transformador por el lado de alta tensión y conecte por el lado de baja una carga resistiva. Varíe la carga entre 40 W y 15 kW y estime la eficiencia del transformador.

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