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METODOLOGA PARA LA LOCALIZACIN RELATIVA DE HUECOS DE
TENSIN EN SISTEMAS DE DISTRIBUCIN DE ENERGA ELCTRICA
JUAN SALVADOR PINEDA SANTOS
CARLOS ANDRS MURILLO MORA
UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER
FACULTAD DE INGENIERAS FSICO-MECNICAS
ESCUELA DE INGENIERAS ELCTRICA, ELECTRNICA Y DE
TELECOMUNICACIONES
BUCARAMANGA
2012
2
METODOLOGA PARA LA LOCALIZACIN RELATIVA DE HUECOS DE
TENSIN EN SISTEMAS DE DISTRIBUCIN DE ENERGA ELCTRICA
Autores:
JUAN SALVADOR PINEDA SANTOS
CARLOS ANDRS MURILLO MORA
Trabajo de grado para optar al ttulo de Ingeniero Electricista
Director
Johann Farith Petit Surez
----------------------------------------
Universidad Industrial de Santander
Codirector
Jairo Blanco Solano
--------------------------------------
Universidad Industrial de Santander
UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER
FACULTAD DE INGENIERAS FSICO-MECNICAS
ESCUELA DE INGENIERAS ELCTRICA, ELECTRNICA Y DE
TELECOMUNICACIONES
BUCARAMANGA
2012
3
DEDICATORIAS
4
AGRADECIMIENTOS
Los ms sinceros agradecimientos a:
Al profesor Johann Farith Petit Surez por su orientacin y apoyo incondicional en
el desarrollo de este proyecto.
A Jairo Blanco Solano por orientacin, compromiso y apoyo contante durante el
desarrollo de este proyecto
A todos los profesores vinculados a la escuela de ingeniera elctrica, electrnica y
telecomunicaciones por su formacin acadmica y profesional durante el tiempo
de nuestra carrera.
A nuestros padres que nos brindaron la oportunidad de formarnos
acadmicamente y profesionalmente.
5
TABLA DE CONTENIDO
INTRODUCCIN
1. GENERALIDADES
1.1 ANTECEDENTES
1.2 JUSTIFICACION..
1.3 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.
1.4 OBJETIVOS DEL PROYECTO
1.4.1 OBJETIVOS ESPECIFICOS....
1.5 GENERALIDADES DE LOS HUECOS DE TENSION
1.6 CALIDAD DE LA ENERGA ELCTRICA.
1.7 GENERALIDADES DE LOS HUECOS DE TENSIN........
1.7.1 Caractersticas de los huevos de tensin.
1.7.1.1 Magnitud (UH).
1.7.1.3 Cada de tensin (U)..
1.7.1.4 Duracin (t)..
1.7.1.5 Punto de inicio del hueco de tensin
1.7.1.6 Hueco no regular..
1.7.1.7 Tensin perdida
1.7.1.8 Tensin perdida compleja...
1.8 CAUSA Y EFECTOS DE LOS HUECOS DE TENSIN
1.8.1 Fallas en sistemas de energa
1.8.1.1 Falla trifsica..
1.8.1.2 Falla monofsica...
1.8.1.3 Falla bifsica......
1.8.1.4 Falla bifsica a tierra.
6
1.8.2 Arranque de motores de induccin
1.8.3 Energizacin de transformadores..
2. METODOLOGA PARA LA UBICACIN DE LOS
HUECOS DE TENSIN.
2.1 MTODO BASADO SOLAMENTE EN LA MEDIDA
DE TENSIN.
2.1.1 Examen de ubicacin de origen sobre la base
de mediciones de tensin y corriente..
2.2 DIAGNOSTICO P.Q.
2.3 CAUSA DE LA PERTURBACIN ELCTRICA.
7
NOMENCLATURA
8
TTULO: METODOLOGA PARA LA LOCALIZACIN RELATIVA DE HUECOS DE
TENSIN EN SISTEMAS DE DISTRIBUCIN DE ENERGA ELCTRICA.
Autores:
JUAN SALVADOR PINEDA SANTOS
CARLOS ANDRS MURILLO MORA
Palabras claves:
Huecos de Tensin, Calidad de Energa,
DESCRIPCIN:
El propsito de este trabajo de grado es brindar nueva informacin a la hora de detectar la ubicacin relativa de huecos de tensin utilizando solo tensin, medida en dos medidores diferentes, describimos una metodologa por medio de descriptores que nos permite diagnosticar la ubicacin relativa de huecos de tensin. La metodologa permite diagnosticar si la falla fue ocasionada aguas arriba, aguas abajo o en medio de los dos medidores en la red, las fallas en la red pueden ser ocasionadas por arranque de motores induccin, saturacin de transformadores, o por la energizacin de los bancos de capacitores. El desarrollo de esta metodologa se da mediante un anlisis previo, clasificacin detallada de los registros suministrados por la empresa de distribucin de energa elctrica de Espaa ENDESA, la cual suministro una base de datos con huecos de tensin asociados a las fallas de la red. Los huecos de tensin fueron obtenidos mediante ATP.
Por medio de los registros proporcionados por ENDESA y ATP ser realiza la formulacin de nuevos descriptores con el propsito de extraer una mayor informacin sobre la ubicacin relativa de los huecos de tensin. Esto a su vez se complementa con otros tipos de descriptores ya formulados en la literatura, tres descriptores utilizados para el estudio de la ubicacin relativa de los huecos de tensin. Posteriormente se aplica un anlisis estadstico multivariable a los descriptores planteados con el fin de verificar la existencia de grupo o clase de acuerdo a la ubicacin relativa de huecos de tensin. Con estos descriptores y haciendo uso tcnicas de aprendizaje automtico se disea un algoritmo. Para la validacin de la metodologa se utiliza MATLAB tomando como seales de entrada los registros de tensin suministrados por ENDESA y los obtenidos por medio de la simulacin en ATP.
9
INTRODUCCIN
El creciente desarrollo de la industria nos enfrenta a nuevos problemas de calidad
de energa y se han incrementado el uso de equipos no lineales que aumentan los
niveles de distorsiones armnicas que conllevando a perturbaciones
electromagnticas a lo largo del sistema (huecos de tensin, subidas de tensin),
es por esto que la Universidad Industrial de Santander en sus polticas de proyecto
de grado, brindan a sus estudiantes la oportunidad de realizar investigaciones en
los aspectos ms importantes que involucren su plan de estudio.
En esta oportunidad se estudiar la importancia de la calidad de la energa
elctrica en los sistemas de distribucin, haciendo nfasis en el cliente final.
Teniendo en cuenta que los huecos de tensin causan prdidas econmicas
considerables, tanto en el sector elctrico y la industria as como para los usuarios
comerciales y residenciales, Para garantizar un funcionamiento adecuado del
sistema de energa elctrica, se debe especificar la localizacin relativa de los
huecos de tensin que afectan una buena calidad en el suministro. Por ello para
tratar de mitigar las fallas que afectan la calidad de energa es indispensable
conocer la localizacin relativa de los huecos de tensin.
Los huecos de tensin son ocasionados principalmente por las fallas en la red, la
energizacin de motores de induccin, la saturacin de transformadores, la
energizacin de bancos de capacitores, entre otras [4]. El usuario requiere un
servicio de energa elctrica donde no se presente este tipo de perturbaciones,
debido a que en algunas ocasiones se trabajan con equipos sensibles a los
cambios de tensin, de tal forma que cualquier variacin conlleva a un mal
funcionamiento o al dao fsico del mismo ocasionando grandes prdidas
econmicas.
Todos estos acontecimientos despiertan el inters en estudios relacionados con
los huecos de tensin y especficamente en este trabajo se aborda la localizacin
relativa con el fin de plantear algunas mejoras en el sistema de distribucin de
energa elctrica, y con esto conocer el origen de la falla en el sistema.
10
Este proyecto est orientado hacia la caracterizacin y clasificacin de este tipo
de perturbaciones elctricas, etapa que se considera previa para la elaboracin de
una metodologa, para la localizacin relativa de huecos de tensin en sistemas de
distribucin de energa elctrica.
Tambin se disearn mtodos algortmicos que utilizan la informacin del modelo
de la red y el valor eficaz en estado estable del componente fundamental de la
tensin y la corriente, tanto de falla como de prefalla. Con este mtodo se obtiene
la ubicacin de la falla, teniendo en cuenta la naturaleza topolgica de la red.
La caracterizacin de huecos de tensin que se presenta, se fundamenta en la
extraccin de caractersticas que son usadas para dar una descripcin
cualitativa/cuantitativa, til para la clasificacin de huecos de tensin y su
asociacin con causas y posible localizacin relativa del fallo.
Los huecos de tensin son responsables de millonarias prdidas en la industria y
por ello el cliente exige una buena calidad de energa elctrica. La mitigacin de
estas prdidas nos ha llevado a realizar estudios de la localizacin relativa de los
huecos de tensin; ya que a partir de su ubicacin se puede tener un manejo y
control de las redes de distribucin, mostrando a cada actor sus responsabilidades
y buscando tener una mayor confiabilidad en el sistema.
Los algoritmos implementados en la metodologa se realizan en Matlab, ya que
sta disponible fcilmente en el medio educativo y su programacin es de
conocimiento para los programas de ingenieras. Adicionalmente, se utilizan otros
programas como ATPDraw para la simulacin de sistemas de energa, Excel para
verificar y tabular los resultados obtenidos mediante la simulacin.
Como aporte importante para el desarrollo del proyecto, se puede mencionar la
informacin sobre huecos de tensin suministrados por la empresa de distribucin
de energa de Barcelona (ENDESA),
11
1. GENERALIDADES
1.1 ANTECEDENTES
La calidad del suministro de energa elctrica es un problema que involucra a las
empresas de energa elctrica y los consumidores de la misma, el principal
propsito es el de satisfacer las necesidades del cliente quien se ve afectado por
los diferentes fenmenos electromagnticos que se presentan en el sistema.
El gran crecimiento de de la tecnologa en el sector elctrico y electrnico nos ha
motivado a estudiar la ubicacin relativa de los huecos de tensin que viene
siendo materia de inters para las empresas prestadoras del servicio, para con
ello poder llegar a evaluar las grandes prdidas en la industria y poder estimar
posibles sanciones aplicadas por los entes reguladores hacia las empresas
prestadoras del servicio.
Los estudios de la ubicacin de los huecos de tensin son considerados de gran
importacin debido al alto ndice de ocurrencia de fallas en los sistemas de
distribucin de energa elctrica. Vale la pena resaltar que la ubicacin de los
huecos de tensin puede determinar los entes responsables de la interrupcin del
suministro del fluido elctrico en los procesos industriales, y asumir responsables
sobre los posibles daos a los que se ven expuestos cierto tipo de cargas
sensibles a fallas.
El tema de la ubicacin de huecos de tensin ha sido abordado en otros artculos
[1], [2] y [3] donde presentan unas metodologas para determinar la localizacin
relativa de los huecos de tensin basadas en algunos descriptores. Se presenta
como causas de huecos de tensin las fallas de red, el arranque de motor de
induccin y la energizacin del transformador. Los descriptores propuestos estn
basados en las caractersticas del hueco de acuerdo a la causa que lo origina. De
esta manera, se propone usar la corriente, potencia activa y el segundo armnico
12
de corriente como los descriptores para determinar la localizacin relativa de la
causa del hueco de tensin [4].
Anteriormente se han planteado trabajos en la Universidad Industrial de Santander
en los que la caracterizacin y la clasificacin de los huecos de tensin han sido el
principal objetivo. Un trabajo inicial [5] expone una metodologa que permite
conocer el tipo de hueco segn la causa que lo provoc utilizando como
descriptores el voltaje remanente y el factor PNF [4].
Cuando hablamos de localizacin de fallas en sistemas de distribucin radial, [10],
propone una metodologa aplicable nicamente a huecos de tensin originados
por fallas de red. Para la consecucin de tal objetivo, se aplic la tcnica LAMBA
para realizar la clasificacin de los descriptores y la respectiva localizacin de los
huecos de tensin [4].
1.2 JUSTIFICACIN
Este proyecto pretende avanzar los estudios sobre la calidad de energa, en este
caso los huecos de tensin y ms exactamente la ubicacin relativa de los huecos
de tensin a nivel de sistemas de distribucin de energa elctrica. Este trabajo
con el fin de promover el continuo desarrollo del tema de la calidad de la energa,
en el que el grupo de sistemas de energa elctrica (GISEL) se encuentra
comprometido.
La Universidad Industrial de Santander (UIS), ha venido investigando sobre
alternativas para mejorar la calidad de la energa elctrica. Inicialmente se hizo un
trabajo sobre la causa de los huecos de tensin, analizando las fallas que se
presenta en los sistemas de distribucin, este trabajo de grado fue presentado en
el 2009 titulado como METODOLOGA PARA EL DIAGNSTICO DE LA CAUSA
DE HUECOS DE TENSIN: ANLISIS DE FALLAS [4]. el cual brinda la
suficiente informacin para trabajar con uno de los principales problemas en la
industria de energa elctrica en nuestro pas.
13
El problema que se evidencia tiene que ver con los huecos de tensin, los cuales
han generado millonarias prdidas en la industria por tanto se ve la necesidad de
brindar una mejor calidad de energa elctrica a las empresas comercializadoras.
Con la ubicacin de las fallas se puede dar una posible solucin al problema y de
esta manera tener un mejor control, manejo y confiabilidad del sistema de
distribucin elctrico.
Con el fin de mejorar la calidad de la energa elctrica en el sector industrial y dar
mayor confiabilidad por la frecuente ocurrencia de los huecos de tensin, se hace
necesaria la implementacin de tres algoritmos que nos permite detectar la
ubicacin de la falla y esto nos permitir:
Se podr tener un conocimiento ms avanzado sobre el origen de los
huecos de tensin y as poder tomar las decisiones correctas a la hora de
actuar ante un suceso de este estilo, y con ello poder optimizar el recurso
humano.
Identificar el lugar de origen y el tipo de falla que fue ocasionada para poder
evitar en un futuro los mismos problemas en la red, y de esta manera poder
encontrar nuevos tipos de perturbaciones y poder adicionar nuevos tipos de
variables a la metodologa para darle solucin a los continuos problemas de
calidad de energa elctrica.
De esta manera podemos brindar una mayor confiabilidad al sistema de energa
elctrico teniendo en cuenta que es uno de los principales problemas y los
estudios sobre el tema son pocos para dar mejores soluciones en caso de futuros
huecos de tensin.
1.3 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Uno de los principales eventos de tensin que afecta la calidad de la energa
elctrica son los huecos o cadas de tensin. Estos problemas son muy comunes
en la mayora de los sistemas elctricos y se hacen presentes: cuando hay fallas
de red en el sistema; cuando se energizan motores de induccin y/o
14
transformadores. Algunos transitorios tambin se hacen importantes a la hora de
la energizacin de bancos de condensadores. En el sector industrial son ms
notorias las prdidas econmicas por la existencia de huecos de tensin,
interfiriendo en el correcto funcionamiento de los equipos que tienen un alto grado
de sensibilidad ante este tipo de perturbaciones. Dichos equipos son utilizados en
gran medida en la automatizacin de procesos y los ejemplos ms comunes son
los controladores lgicos programables (PLCs), sistemas de control,
computadores, la apertura de rels por subtensin, entre otros.
De acuerdo a lo anterior, es de gran importancia estimar la ubicacin relativa de
los huecos de tensin que afectan la calidad de la energa en los sistemas de
distribucin, con la localizacin relativa de esos huecos presente en el sistema se
pueden estimar responsabilidades de las empresas encargadas de la generacin,
transmisin, distribucin y tambin de los clientes que conecten cargas
inadecuadas que afecten significativamente el buen funcionamiento de la red
15
1.4 OBJETIVOS DEL PROYECTO
El objetivo general del proyecto es implementar una metodologa para la
localizacin relativa de huecos de tensin en sistemas de distribucin de la
energa elctrica.
1.4.1 Objetivos especficos:
Realizar una revisin bibliogrfica de metodologas existentes para la
localizacin relativa de los huecos de tensin que se presentan en los
sistemas de distribucin de energa elctrica.
Estudiar y analizar los diferentes mtodos para la localizacin relativa de
huecos de tensin que se presentan en los sistemas de distribucin de
energa elctrica.
Implementar un algoritmo que permita establecer por medio de descriptores
la localizacin relativa de un hueco de tensin.
Proponer descriptores basados nicamente en registros de tensin, como
una metodologa alternativa para la localizacin relativa de los huecos de
tensin.
1.5 RESULTADOS ESPERADOS
Al culminar la investigacin se espera la caracterizacin de los descriptores
que ayudaran a diferenciar localizacin de las fallas de tensin en el
sistema de distribucin de energa elctrica.
16
Desarrollar una serie de algoritmos que permita identificar y clasificar
automticamente las fallas en el sistema de energa elctrica mediante una
herramienta computacional.
Brindar un estudio avanzado sobre las posibles causas que provocan los
huecos de tensin, y a su vez poder identificar la ubicacin de las fallas
segn su lugar de origen.
1.6 CALIDAD DE LA ENERGA ELCTRICA
La calidad de la energa elctrica es el conjunto de caractersticas fsicas de las
seales de tensin y corriente, para un tiempo y lugar determinados, que tienen el
propsito de satisfacer las necesidades del cliente [9].
La calidad de la energa elctrica se ve afectada por diferentes eventos o
fenmenos electromagnticos que se presentan en el sistema elctrico. stos son
causados principalmente por: descargas atmosfricas, fallas en el sistema, cargas
no lineales, maniobras (como conmutacin de bancos de condensadores) y otras
operaciones que se realizan en el sistema. Estos fenmenos se clasifican en [NTC
5000, 02] e [IEEE 1159, 95] de la siguiente manera: Transitorios
Electromagnticos (Tipo impulso y oscilatorio), armnicos, fluctuaciones de
tensin (Flicker), huecos de tensin (sags, dips), sobretensiones (swells),
desbalances de tensin, interrupciones, muescas de tensin (notching) y
variaciones de frecuencia. A continuacin se presenta la definicin y
caracterizacin de estos fenmenos [4].
1.7 GENERALIDADES DE LOS HUECOS DE TENSIN
Se define como la reduccin del valor RMS de la tensin, segn el estndar [IEEE
std 1159, 95] y la norma colombiana [NTC 5000, 02]. La reduccin de la tensin va
desde un 0.1 y 0.9 p.u. de su valor nominal, y su duracin es de 8.33 ms a 1
minuto [4].
17
La Comisin Electrotcnica Internacional (IEC-CEI) define el hueco de tensin
como la cada repentina del valor eficaz de la tensin entre 1 y el 90% con una
duracin entre 10ms y 1 minuto. A continuacin se muestra un hueco de tensin
registrado en un sistema de distribucin.
Figura 1. Valores RMS de un Hueco de Tensin Monofsico
En la figura 1 se presenta la secuencia de valores RMS para un hueco de tensin
originado por una falla de red monofsica en la fase C. La fase que sufre la
perturbacin tiene una disminucin de aproximadamente el 65 % de su tensin
nominal alrededor de 9 ciclos. Las dos fases restantes sufren una sobretensin
para compensar la cada en la fase C. Las pendientes de cada y de recuperacin
de la tensin son acentuadas, determinando una caracterstica rectangular en el
hueco de tensin. Usualmente estas caractersticas son utilizadas para clasificar
los huecos de tensin, tal como se muestra a continuacin.
1.7.1 CARACTERSTICAS DE LOS HUECOS DE TENSIN
1.7.1.1 Magnitud (UH)
18
La magnitud del hueco de tensin es la tensin eficaz remanente durante el
evento, en porcentaje de la tensin prefalla, que generalmente es la nominal. Esta
definicin relaciona inversamente la magnitud del hueco de acuerdo a la severidad
del mismo. En la Figura 1 se seala tal caracterstica como UH, correspondiente a
una magnitud de 0,2 p.u.
1.7.1.2 Cada de Tensin (U)
La cada de tensin es la diferencia entre la tensin eficaz prefalla y la tensin
eficaz durante el evento. Este parmetro permite establecer la severidad del hueco
de tensin y sirve para cuantificar la desviacin de la tensin de su valor ideal. En
la Figura 1, U tiene una magnitud de 0,9 p.u.
1.7.1.3 Duracin (t)
La duracin del hueco de tensin est determinada por el tiempo durante el cual la
tensin eficaz tiene un valor menor al 90% de su valor nominal. Debido a que la
gran mayora de los huecos de tensin son ocasionados por cortocircuitos en el
sistema elctrico, es de esperarse que la duracin est determinada
principalmente por el tiempo de despeje de la falla. Por esta razn, la duracin del
evento no es un buen descriptor para determinar la causa de la perturbacin. En el
ejemplo de la Figura 1, la duracin es de 200 ms.
Figura 1. Huecos de tensin [4].
19
1.7.1.4 Punto de Inicio del Hueco de Tensin
El punto de inicio del hueco es el ngulo de fase de la onda de tensin en el
momento en que dicha onda presenta una cada significativa con respecto a su
forma de onda normal. Generalmente se utiliza como punto de referencia el ltimo
cruce por cero ascendente de la tensin fundamental prefalla. En la Figura 2 se
observa el ngulo de inicio de un hueco de tensin, identificado como el ngulo i.
Figura 2. Punto de inicio del hueco de tensin [4].
1.7.1.5 Punto de Recuperacin de un Hueco de Tensin
Este punto corresponde al ngulo de la tensin en el momento en que la forma de
onda de la tensin muestra una recuperacin significativa; esto corresponde a un
punto de cruce por cero de la corriente debido a que el sistema es principalmente
inductivo y utilizando como referencia la tensin prefalla.
20
Figura 3. Punto de recuperacin de un hueco de tensin [4].
En la Figura 3 se observa que cuando la tensin se recupera y se asemeja a la
tensin de fundamental, el ngulo r toma el valor del ngulo de fase que lleva en
este punto dicha tensin de referencia.
1.7.1.6. Hueco no rectangular: Un hueco de tensin en el cual la magnitud del
hueco no es constante con el tiempo.
1.7.1.7. Tensin prdida: Esta caracterstica corresponde a la diferencia entre la
tensin real que habran sin la presencia de un hueco de tensin y la tensin
existente durante una perturbacin.
Figura 4 a. Hueco de tensin
21
Figura 4 b. Tensin perdida.
La Figura 4.a muestra un hueco de tensin junto con la tensin que habra sin la
presencia de la perturbacin. En la Figura 4.b se presenta la tensin prdida, que
a su vez solo toma valores significativos durante el hueco de tensin. Mientras
ms severa sea la cada de tensin, mayor es la tensin prdida [4].
1.7.1.8. Tensin prdida compleja: Es un nmero complejo que representa la
tensin prdida durante un hueco en una de las fases y corresponde a la resta en
el plano complejo entre la tensin fundamental antes del hueco y la tensin
fundamental durante el hueco.
Salto o desplazamiento del ngulo de fase: Es La diferencia entre los ngulos de
fase de las tensiones fundamentales existentes antes y durante el hueco de
tensin [4].
1.8 CAUSAS Y EFECTOS DE LOS HUECOS DE TENSIN
Los huecos de tensin son generados por fallas en los sistemas de potencia,
energizacin de transformadores, conexin de transformadores, cambios de
carga, arranque de grandes motores de induccin, descargas atmosfricas.
La principal causa de los huecos de tensin son las fallas de red que se presentan
en los sistemas elctricos (causas externas). Sin embargo, los equipos de
monitorizacin instalados tambin registran huecos de tensin asociados con otras
causas internas, las cuales cobran tambin importancia en la frecuencia de
ocurrencia de los mismos [4].
22
1.8.1 FALLAS EN SISTEMAS DE ENERGA
Una falla en un circuito es cualquier evento que interfiere con el flujo normal de
corriente y pueden tener su origen en factores como el viento, talas de rboles,
descargas atmosfricas [6]. Los tipos de fallas son:
1.8.1.1. Falla trifsica
Como se puede observar en la Figura 5, involucra las tres fases del sistema. Es
conocida como falla simtrica debido a que no origina desbalances en las tensiones del
sistema; corresponden al 5% de las fallas que ocurren en los sistemas elctricos.
Figura 5. Falla trifsica [4].
1.8.1.2. Falla monofsica
Es la ms comn en sistemas elctricos y puede originarse por descargas
atmosfricas o por contacto de conductores con las estructuras metlicas (ver
Figura 6).
23
Figura 6. Falla monofsica [4].
1.8.1.3. Falla bifsica
Es originada cuando se ponen en contacto directo o por un medio externo dos
conductores de un circuito trifsico (ver Figura 7).
Figura 7. Falla bifsica [4].
1.8.1.4. Falla bifsica a tierra
Es originada cuando se ponen en contacto directo o por un medio externo dos
circuitos, pero en este caso hacen contacto con las estructuras aterrizadas o con
tierra por medio de una impedancia de falla (ver Figura 9).
Figura 8. Falla bifsica a tierra [4].
24
1.8.2. ARRANQUE DE MOTORES DE INDUCCIN
En el momento del arranque, la velocidad del rotor es igual a cero y el
deslizamiento por unidad es igual a uno [7]. La corriente de arranque es
Dado que la resistencia del rotor es muy pequea en el momento del arranque en
comparacin con su valor al alcanzar el deslizamiento especificado, la corriente en
el arranque puede llegar a ser de 400 a 900% de la corriente a plena carga [7].
Una corriente en el arranque tan alta provoca una cada de tensin en la lnea.
Mientras el motor alcanza su velocidad nominal la corriente se mantiene en
valores por encima del valor nominal y esto puede durar desde unos pocos
segundos hasta un minuto [5].
1.8.3. ENERGIZACIN DE TRANSFORMADORES
La presencia de una alta corriente de magnetizacin que se produce en el
momento de la energizacin de un transformador es debida a un sobre flujo en el
ncleo del transformador. Debido a los efectos de la saturacin en el ncleo, las
corrientes se caracterizan por tener una gran cantidad de armnicos dentro de los
cuales cobra importancia el de segundo orden, que se ve reflejado en la forma de
onda de tensin y de corriente [7].
En estado estable de operacin la corriente de magnetizacin de un transformador
es de aproximadamente del 1 al 2% de la corriente nominal, pero alcanza
magnitudes de 10 a 20 veces mayor que la corriente nominal cuando este es
energizado. Dependiendo de la capacidad del transformador, este efecto
transitorio puede persistir por varios cientos de milisegundos o varios segundos
antes de alcanzar la condicin de estado estable.
25
1.8.4. ESQUEMA DE LOCALIZACIN DE FALLAS
El esquema presentado en la Figura 9, ayuda a localizar y establecer las
relaciones entre las clases y los huecos de tensin del sistema de transmisin y
distribucin de energa elctrica. Como consecuencia de las fallas, el sistema de
proteccin enva la seal de disparo a uno o ms interruptores, con lo cual inicia
la zona de recuperacin del hueco [8].
Figura 9. Esquema de localizacin de fallas
1.8.5. RELACIN ENTRE CLASES Y EL ESQUEMA DE LOCALIZACIN DE
FALLAS
En la Figura 10, se presenta la relacin entre el esquema de localizacin de fallas
y los resultados de la clasificacin de fallas por niveles [8].
Por tanto, es posible determinar algunas de las clases asociadas con las zonas de
actuacin de la proteccin (1, 2, 3, diferido e instantneo). Las clases 1xx, 2xx y
3xx estn fuertemente relacionadas con el sistema de transmisin (zonas 1 y 2),
26
mientras que las clases 4xx estn relacionadas con el sistema de distribucin
(diferido e instantneo)
Figura 10. Composicin de clases de los huecos de tensin de acuerdo con
el esquema de localizacin de fallas [8].
1.8.6 TIPO DE HUECO Y ESQUEMA DE LOCALIZACIN DE FALLA:
En la Figura 11, se presenta la relacin entre el esquema de localizacin de la falla
y el tipo de hueco.
Basado en la relacin observada entre las clases y los estados propuestos en el
esquema de localizacin de la falla, el anlisis que aqu se propone puede ser
usado como complemento a la clasificacin desarrollada.
Figura 11: Composicin de tipos de huecos de tensin de acuerdo con el
esquema de localizacin de fallas propuesto en [8].
27
De acuerdo con lo anterior, hay algunas clases de huecos de las cuales no es
posible determinar la localizacin de la falla. Por ejemplo en un hueco de clase
333 554 no es posible determinar su localizacin (transmisin o distribucin),
pero conociendo que este hueco es por ejemplo del tipo A, el estado de
instantneo es claramente determinado, concluyendo as que es posiblemente una
falla en el sistema de distribucin [8].
2. METODOS PARA LA UBICACIN DE HUECOS DE TENSIN
Son algunas de las metodologas utilizadas en la ubicacin relativa de huecos de
tensin, que dan idea para realizar este trabajo de grado.
2.1. METODO BASADO SOLAMENTE EN LA MEDIDA DE TENSIN
Los huecos de tensin causan varios problemas en los usuarios finales. Estos
problemas se originan por la sensibilidad de algunos equipos a las perturbaciones
de la red ocasionando mal funcionamiento en los mismos. Los costos industriales
generados por estos problemas son alrededor de miles de millones de dlares
cada ao [3]. Los huecos de tensin ms graves son causados por fallas en el
sistema elctrico. Por desgracia, los huecos no se limitan cerca de la localizacin
de fallas, sino que se propagan a travs del sistema que afectan a las cargas
conectadas lejos del hueco de tensin. Por lo tanto, los reportes que indican la
responsabilidad en la generacin de perturbaciones en el sistema deben ser
evaluados y las fuentes de huecos de tensin deben ser analizadas y localizadas.
Uno de los primeros trabajos de localizacin de huecos de tensin tuvo como
objetivo definir conceptos de perturbacin de potencia y perturbacin de energa.
Este concepto se aplica para localizar la fuente de las perturbaciones causadas
por conmutacin de condensadores y fallas en la red.
Posteriormente, [3] introdujo el concepto de "pendiente de la trayectoria del
sistema" para localizar la fuente de huecos de tensin. Este mtodo se generaliz
a un nuevo enfoque con el signo de una resistencia estimada para localizar la
28
fuente de huecos de tensin. Mientras tanto, otro mtodo que utiliza la variacin
de la componente real actual se introdujo. Este mtodo utiliza la parte real del
complejo actual para localizar la fuente de compresin. Otro mtodo fue motivado
por el creciente uso de rels digitales y su aplicabilidad para el anlisis de calidad
de energa. Los algoritmos de rel de distancia se pueden utilizar para la ubicacin
de la fuente de hueco de tensin sobre la base de la magnitud y el ngulo que
mide la impedancia antes y durante una falla.
Estos mtodos han sido probados para fallas simtricas y asimtricas en la
mayora de ellos no han sido muy precisos especialmente para las fallas
asimtricas. Por otra parte, los mtodos anteriores necesitan tanto la corriente y
las mediciones de tensin para localizar la fuente del hueco de tensin. Sin
embargo, durante varias encuestas [3] de huecos de tensin, se seal que es
una prctica comn para registrar y guardar informacin solo de tensin. Por lo
tanto, se propone un mtodo para localizar el origen del hueco de tensin a partir
de su magnitud utilizando dos niveles de tensin de una subestacin. Este
mtodo es el nico capaz de localizar una fuente generadora del hueco de tensin
cuando la medicin de corriente no est disponible. El mtodo muestra una
notable precisin para la ubicacin de la fuente de huecos observada en las redes
de transmisin.
Es importante hacer la localizacin relativa de huecos de tensin midiendo solo
tensin debido a que algunas empresas del sector elctrico colombiano poseen
equipos de monitorizacin que solo registran tensin.
2.1.1 Examen de ubicacin de origen sobre la base de mediciones de tensin
y corriente.
Se observa que la localizacin de un hueco de tensin monitoreando desde una
barra se define como aguas arriba o aguas abajo, utilizando un flujo de potencia
constante tomando como referencia una direccin determinada. Aguas arriba es
29
un flujo contrario al flujo de potencia y aguas abajo es la regin en la direccin del
flujo de potencia, como se muestra en la Figura 12.
Figura 12. Descripcin de la localizacin de hueco de tensin en un circuito
bsico [3].
Un trabajo importante en la localizacin relativa de la fuente generadora de la
perturbacin es [3] el cual se basa en la potencia de perturbacin (DP) y la
energa de la perturbacin (DE). DP es la diferencia entre la potencia suministrada
durante el hueco de tensin y la del estado de equilibrio de energa. La DE se
calcula con la integral de la potencia de perturbacin en el hueco de tensin. El
signo final del DE indica la ubicacin de la fuente de hundimiento. Si el DE final es
positivo la fuente hueco se encuentra ms abajo. Si la DE final es negativa, la
fuente del hueco se encuentra aguas arriba. Si el signo del pico inicial de la DP
coincide con el signo de la final-DE, se espera un alto grado de confianza.
La magnitud del hueco de tensin, que se calcula en trminos de la prefalla
tensin, a ambos lados de un transformador de potencia se utiliza para encontrar
la ubicacin relativa de la fuente de hundimiento. El mtodo fue aplicado con xito
a la simulacin de huecos de tensin en un modelo de una red regional que
abarca tanto la transmisin y los niveles de distribucin. El mtodo fue aplicado
en una subestacin, a un transformador de potencia y un generador con conexin
estrella-estrella a tierra en ambos lados. La generalizacin del mtodo para otros
tipos de los transformadores se explica as: La aplicabilidad del mtodo al
30
considerar el comportamiento de las cargas tambin se analiza en dicho trabajo.
Mediciones de huecos de tensin tomadas durante una encuesta en la red de
huecos confirm la aplicacin y la precisin del mtodo propuesto [3].
2.2. DIAGNSTICO P.Q.
Es importante identificar la fuente de perturbacin para mejorar la calidad de la
energa. La identificacin del evento consiste en la localizacin de origen del
evento y el tipo de origen de identificacin del evento. Para la localizacin del
origen del evento, la direccin de propagacin de los eventos debe ser definido de
antemano.
Estudios como [3],[1] utilizaron el concepto de energa de la perturbacin y
trataron con la variacin de tensin y conmutacin de condensador, pero no han
considerado el tipo de origen de eventos en la identificacin de direccin del
eventos. Sin embargo, debido a que la direccin del evento puede ser identificada
por diferentes formas segn el tipo de fuente de evento, el tipo de causa debe
considerarse como el caso de la identificacin de la direccin del evento.
En este trabajo [1] se propone un mtodo para determinar la importancia relativa
de la ubicacin de hueco de tensin en funcin de su causa.
Las tres causas principales de hueco de tensin se clasifican y se investigan sus
caractersticas. El uso de estas caractersticas, se proponen normas para
determinar la ubicacin relativa.
Para la falla en la lnea debido a el hueco, la relacin entre la magnitud de la
corriente durante la falla se utiliza para determinar la ubicacin relativa del hueco.
Si una de las causas del hueco es la puesta en marcha de un motor de induccin,
aumento de la potencia activa en el monitor se utiliza para detectar el evento
ABAJO. Por ltimo, en el caso del hueco debido a la saturacin del transformador,
la causa es identificada por el predominio de la segunda armnica en el actual. Y
la relacin actual con un umbral de adaptacin es utilizada para determinar la
ubicacin relativa. Y entonces, se presenta un algoritmo general que no determina
31
slo la ubicacin relativa, sino tambin la causa de hueco. Por ltimo, se genera
un algoritmo para identificar la ubicacin relativa y el tipo de origen de eventos [1].
2.3. CAUSA EFECTO DE LAS PERTURBACINES ELCTRICA.
Una forma til para encontrar la ubicacin relativa de los huecos de tensin es
determinar el origen de evento, la direccin del evento en cada monitor.
En [1] se presenta un mtodo para determinar la ubicacin relativa del origen de
eventos que lleva a la cada de tensin. Para ello, la ubicacin relativa de la fuente
se define en primer lugar. Entonces, fallo de lnea, motor de induccin inicial y la
saturacin del transformador se clasifican como las principales causas de la cada
de tensin y sus caractersticas se describen, respectivamente.
A partir de estas investigaciones, las reglas para determinar la ubicacin relativa
de los eventos fuente para cada causa que se proponen. Por ltimo, el algoritmo
general para identificar la ubicacin relativa y el tipo de origen de eventos es
organizado [1].
3. FORMULACION DE LOS DESCRIPTORES.
En este captulo se formulan los descriptores asociados a la ubicacin relativa de
huecos de tensin. Se describen cada uno de ellos y se muestran los aspectos
ms importantes en el desarrollo del algoritmo, posteriormente se muestran las
simulaciones y se estima la eficiencia que tiene cada algoritmo en la ubicacin
relativa de hueco de tensin.
Fue muy importante desarrollar una herramienta matemtica que halle con gran
exactitud el tiempo de duracin de la falla en el sistema, este algoritmo genera
tanto el tiempo de inicio como el tiempo de finalizacin del hueco. Al estimar estos
tiempos se puede hallar con gran certeza valores de tensin y corriente durante y
antes que ocurriera la falla, estos valores son muy relevante en la ejecucin de los
algoritmos mencionados posteriormente.
As mismo el clculo del valor RMS de tensin y corriente fue indispensable en la
valoracin del comportamiento de cada falla y en la ejecucin de los algoritmos.
32
3.1. LOCALIZACIN DE HUECOS DE TENSIN MIDIENDO SOLAMENTE
TENSIN.
Los huecos de tensin pueden causar varios problemas en los usuarios finales, un
ejemplo muy comn son las prdidas millonarias que experimentan muchas
industrias cuando la carga su sensible a esas perturbaciones.
Cuando ocurre un hueco de tensin se afecta todo el sistema elctrico, no solo
donde ocurre la falla, si no que se propagan a lo largo del sistema afectando
todas las cargas lejanas que estn conectadas. La ocurrencia de un hueco de
tensin pas a ser un tema general que involucran y afecta a todos los actores
que componen el sistema, por lo tanto es indispensable analizar y localizar cada
hueco de tensin.
Se han hecho varios estudios para estimar la ubicacin relativa de un hueco de
tensin, inicialmente se utiliz la potencia y la energa de perturbacin para ubicar
las perturbaciones ocurridas por la fallas en la red y cambios de los
condensadores. La ubicacin de la falla se observa a travs de una barra de
control, se utiliza la potencia de estado estable en la direccin del flujo de
referencia. Aguas arriba es la regin en contra del flujo de energa y aguas abajo
es el regin tras el flujo de energa.
Este mtodo utiliza la potencia de perturbacin (DP) y la energa de perturbacin
(DE), donde DP es la diferencia entre la potencia entregada durante el hueco de
tensin y el estado estable de la potencia, y DE se calcula mediante la integral de
potencia de la perturbacin durante el hueco de tensin. A partir de estos
indicadores se evala la localizacin de los huecos de tensin de esta manera: Si
el DE es positivo el hueco de tensin es aguas abajo, y de lo contrario (DE
negativo) se dice que el hueco de tensin se localiz aguas arriba. Si el signo del
valor pico de la DP es igual con el signo final de la DE se espera un alto grado de
confianza en el anlisis hecho anterior.
33
Despus se trabaj acerca de la pendiente de la trayectoria del sistema (SST),
este mtodo se explica con la relacin que hay entre la tensin y la corriente.
Inicialmente se hace una regresin lineal un conjunto de valores (I, | VCO () |) en
el hueco de tensin, despus de hallar estos datos se hace el anlisis de la
siguiente manera: Si la pendiente es positiva indica una localizacin aguas arriba
del hueco de tensin, mientras si la pendiente es negativa significa que el hueco
se origin aguas abajo.
Hay otros mtodos que utiliza la variacin de la componente real de la corriente,
este utiliza la variacin de la parte real de la corriente compleja (I cos()), si este
valor es mayor que cero, se dice que el hueco est situado agua abajo, y si el
valor es menor que cero se dice que es aguas arriba.
Tambin se ha utilizado rels digitales aprovechando su aplicacin en el anlisis
de la calidad de la energa, el cual mide con facilidad la magnitud y el ngulo de la
impedancia antes y durante de la falla. El rel analiza la impedancia vista durante
el evento, esta impedancia se calcula utilizando los fasores de tensin y corriente.
Este mtodo propone el siguiente anlisis:
Si | ZSAG | 0, entonces el hueco se
encuentra aguas abajo, de lo contrario de lo contrario el hueco de tensin se
encuentra aguas arriba.
Los mtodos propuestos anteriormente se utilizaron para ubicar huecos de tensin
en un sistema de trasmisin, Los resultados obtenidos fueron de un 87 %
acertando los casos de fallas simtricas, mientras que para fallas asimtricas los
resultados solo dieron una aprobacin del 65%. Los modelos mencionados
anteriormente necesitan tanto la corriente y la tensin para localizar las fallas,
debido a que en muchas situaciones solo se tienen registro de tensin cuando
ocurre un evento, se vio la necesidad de implementar un modelo que trabaje con
solo tensin [3].
3.1.1 UBICACIN DE HUECOS MIDIENDO SOLO TENSIN
34
Se propone un mtodo para calcular la localizacin de los huecos de tensin con
bases en la magnitud y los ngulos a partir de las tensiones de fases del sistema.
En una instalacin industrial la relacin del ngulo de las fases vs magnitud que
hay entre los huecos de la red de suministro y los huecos generados en la red
industrial sern diferentes, por lo tanto este mtodo no es recomendable utilizarlos
en los puntos de interconexin de dos empresas de trasmisin, puesto que no se
observa un salto en el ngulo de fase y la magnitud cuando hay redes de
transmisin a ambos lados.
Para localizar los huecos de tensin se hace una aproximacin midiendo las
tensiones de los huecos en cada lado del trasformador, con esto se pretende
comparar la relacin que existe entre la tensin de falla con la tensin de pre-falla
que existen entre los dos lados del trasformador
Figura 13. Circuito equivalente del sistema.
Las tensiones V1 y V2 se halla de la siguiente manera:
35
Luego de hallas estas tensiones se hace la comparacin
Si V1 > V2 la falla se localiza aguas abajo, o de lo contrario se dice que es aguas
arriba.
Si el sistema aguas abajo no incluye un generador se espera que las tensiones de
fallas V1 y V2 sean iguales en las aguas arriba. Este mtodo est diseado para
utilizarse en los puntos de interseccin en los servicios de transmisin donde la
influencia de la carga no sea tan evidente, este modelo necesita que la potencia
en la carga permanece constante por ello es recomendable utilizar estos puntos,
donde no haya variacin de potencia que pueda ocurrir en la carga por la
utilizacin de maquinas de induccin u otra carga que necesite corriente
extremadamente grande [3].
3.2. LOCALIZACION DE HUECOS DE TENSION BASADOS EN LA
SECUENCIA POSITIVA DE LA CORRIENTE.
El mtodo propuesto por Barrera [1], se basa en la relacin que existe entre la
corriente de secuencia positiva antes y durante la falla. Se utiliza la secuencia
positiva porque esta est disponible para todos los tipos de fallas registradas en la
red.
3.2.1Falla en b medida en la subestacin
Figura 14. Corrientes de secuencia positiva.
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
x 104
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
tiempo en ciclos
Irm
s
Secuencia positiva de una falla monofasica medida en la subestacion
Corriente de secuencia positiva
36
En la figura 14. Corriente de secuencia positiva de una falla monofsica medida en
la subestacin
En esta falla monofsica se observa que la corriente RMS durante la ocurrencia
del hueco sube considerablemente y llega a su condicin nominal cuando pasa el
evento. Tambin es posible establecer el ciclo donde empieza y finaliza la falla,
para esta falla el valor de inicio de la perturbacin esta alrededor de los 18430, y el
tiempo de finalizacin se estima en los 24350 ciclos. Gracias a estos valores se
pueden estimar los valores pre-falla de la corriente en estado estable (Iss) y la
corriente de secuencia positiva que percibe el sistema durante el hueco de
tensin.
Para hallar la corriente de secuencia positiva se desarrolla un algoritmo que toma
como entradas las corrientes de fallas Ia, Ib y Ic, y se evalan en las siguientes
ecuaciones:
[
]
[
]
[
]
[
] [
] [
]
Donde la corriente de secuencia positiva
se describe de la siguiente forma:
37
Este mtodo se basa en la relacin que existe entre la corriente de secuencia
positiva antes y durante la falla. Se utiliza la secuencia positiva porque esta est
disponible para todos los tipos de fallas registradas en la red.
Figura 15. Diagrama de un sistema de distribucin
Cuando ocurre una falla en el sistema las corrientes aguas-abajo y aguas arriba
estn descritas por la siguiente ecuacin:
Analizando estas ecuaciones de las corrientes de fallas se observa que la
corriente de aguas abajo es mayor que la corriente aguas arriba tomando como
referencia el punto de medida PQM, con base a esta afirmacin se llega a la
siguiente conclusin:
| | | | | |
38
La relacin entre las corrientes de aguas abajo y aguas arriba con respecto a la
corriente de estado estable se pueden relacionar del a siguiente manera:
| |
| |
| |
| |
Analizando esta relacin de corrientes se puede afirmar que:
La falla se localiza agua abajo si cumple:
| |
| |
Y contrariamente, se dice que la falla se localiza aguas arriba si cumple con la
relacin
| |
| |
Se propone un mtodo para calcular la localizacin de los huecos de tensin con
bases en la magnitud y los ngulos a partir de las tensiones de fases del sistema.
En una instalacin industrial la relacin del ngulo de las fases vs magnitud que
hay entre los huecos de la red de suministro y los huecos generados en la red
industrial son diferentes, por lo tanto este mtodo no es recomendable utilizarlos
en los puntos de interconexin de dos empresas de trasmisin, puesto que no se
observa un salto en el ngulo de fase y la magnitud cuando hay redes de
transmisin a ambos lados.
Para localizar los huecos de tensin se hace una aproximacin midiendo las
tensiones de los huecos en cada lado del trasformador, con esto se pretende
39
comparar la relacin que existe entre la tensin de falla con la tensin de pre-falla
que existen entre los dos lados del trasformador
Figura 16. Circuito propuesto para localizar huecos de tensin
Las tensiones V1 y V2 se halla de la siguiente manera:
Si el sistema aguas abajo no incluye un generador se espera que las tensiones de
fallas V1 y V2 sean iguales en las aguas arriba. Este mtodo est diseado para
utilizarse en los puntos de interseccin en los servicios de transmisin donde la
influencia de la carga no sea tan evidente, este modelo necesita que la potencia
en la carga permanece constante por ello es recomendable utilizar estos puntos,
donde no haya variacin de potencia que pueda ocurrir en la carga por la
utilizacin de maquinas de induccin u otra carga que necesite corriente
extremadamente grande.
40
Figura 17. Falla trifsica en el lado primario del trasformador.
Cuando se realiza una falla en el sistema y se mide la tensin en los dos lados del
trasformador se observa una cada de tensin justamente donde ocurre el hueco
tal como se aprecia en la figura, con base en esta caracterstica se puede hacer
una relacin entre la tensin que tena el sistema antes de que ocurra la falla ( pre-
falla), y la tensin que experimenta el sistema durante la ocurrencia del evento.
Luego de hallar esta relacin tanto en el lado primario y el secundario del
trasformador se hace la siguiente comparacin [1].
El hueco de tensin se localiza aguas abajo.
El hueco de tensin se localiza aguas arriba.
3.3 LOCALIZACIN DE HUECOS DE TENSION MIDIENDO POTENCIA Y
CORRIENTE.
Una vez estimado las causas que originaron los huecos de tensin se pueden
estimar la ubicacin de acuerdo de algoritmos que me relacin de la corriente de
falla y la potencia antes y despus de la ocurrencia del hueco.
Las principales causas del origen de un hueco de tensin son las siguientes:
3.3.1 Fallas en las Lneas
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5
x 104
-6000
-4000
-2000
0
2000
4000
6000
tiempo en ciclos
Falla trifsica
Tensi
n
va1
vb1
vc1
41
Cuando la lnea entra en cortocircuito la impedancia de la falla es baja, por lo tanto
una gran corriente fluye a travs de la localizacin de la falla, usando esta
caracterstica se pues establecer la direccin de la falla.
Figura 18. Falla trifsica a lnea tierra
Se hace una falla en el sistema y con los medidores M se miden tensin y
corriente, el medidor M1 detecta la ubicacin agua abajo mientras los medidores
M2 y M3 miden agua arriba. Despus de hacer pruebas se visualiza que la
corriente en el medidor 1 es alta por que la corriente fluye por M1, Por otro lado,
las corrientes que fluyen por M2 y M3 disminuyen un poco porque alguna porcin
de la energa fluye en la direccin opuesta durante la falla e influye en la ubicacin
de la falla.
La diferencia de las magnitudes de la corriente antes y durante la falla es un factor
crtico para la localizacin relativa del hueco, con base en estas relaciones se
puede decir que:
Donde:
Es la componente fundamental de la corriente antes de que ocurra la falla
42
Componente fundamental de la corriente durante la falla
Umbral de decisin
Si la relacin supera el umbral la ubicacin ser aguas abajo, de lo contrario, si la
relacin es menor que el umbral se dice que el hueco se origin aguas arriba.
3.3.2 Arranque del motor de induccin
Cuando un motor de induccin arranca, ste absorbe corrientes de 5 a 10 veces
la corriente nominal, las cuales se mantienen hasta que alcanza el estado estable
La presencia de estas grandes corrientes durante el arranque del motor de
induccin, hace que el sistema lo vea como una gran carga que absorbe energa
de forma semejante a una falla de red. Sin embargo, esta semejanza con las fallas
de red solo dura unos cuantos instantes cuando arranca el motor, pues despus la
tensin se recupera gradualmente debido a que la gran corriente desaparece
lentamente[?]
Figura 19. Ejemplo de un sistema para definir la direccin del hueco durante
el arranque de un motor de induccin.
Si el motor de induccin empieza a operar el hueco de tensin se origina en PCC
y en otras barras, en el ejemplo se utiliza el medidor M1 para detectar aguas abajo
mientras M2 y M3 son utilizado para detectar huecos de tensin aguas arriba.
En cada monitor se registr la potencia activa antes y durante la ocurrencia del
hueco. La potencia activa de los medidores M1 y M2 alcanzan un nuevo estado
43
estable con el aumento del valor, esto sucede porque el motor de induccin
trabaja como una carga, durante el arranque del motor esa carga aumenta. Por
todo lo anterior si se estima la diferencia que hay entre las dos potencia activa
antes y despus del arranque del motor se puede usar para determinar la
ubicacin relativa del hueco de tensin cuando hay arranque de motores de
induccin.
La relacin propuesta es la siguiente:
Donde:
Es la potencia en estado estable despus del arranque del motor de
induccin
Es la potencia en estado estable antes del arranque del motor de induccin
Umbral de decisin
Si en la relacin de potencia antes y durante el arranque del motor de induccin es
mayor que el umbral se dice que el hueco est localizado aguas abajo, de lo
contrario si esa relacin es menor que el umbral se dice que el hueco se localiza
aguas abajo.
3.3.3 Saturacin de transformadores
Cuando se energiza un transformador existe una alta corriente de magnetizacin
que se origina por el aumento del flujo en el ncleo del trasformador. Debido a los
efectos de la saturacin en el ncleo, las corrientes se caracterizan por tener una
44
gran cantidad de armnicos dentro de los cuales cobra importancia el de segundo
orden, que se ve reflejado en la forma de onda de tensin y de corriente.
La forma de onda es algo similar con la del arranque del motor de induccin. Tiene
una fuerte cada y un aumento lento de la tensin RMS. Sin embargo, la
saturacin del trasformador es diferente a la del motor de induccin, debido a que
las tres fases tensiones no estn equilibradas y la forma de onda tiene mucho
contenido de armnicos.
Figura 20. .
Para investigar las caractersticas de la saturacin de los transformadores se
implementa un sistema como se muestra en la figura 20.
Los medidores que detectan los huecos aguas abajo se identifican como el
incremento de la corriente de frecuencia fundamental y la existencia de
armnicos.
Para simular la saturacin del trasformador, se conecta un trasformador en un
nodo del sistema despus de 1.0 segundo que este empiece a operar. La
saturacin del trasformador baja la tensin en la barra PCC y en otras barras
temporalmente. En este sistema el monitor M1 mide la localizacin aguas abajo,
mientras el medidor M2 detectara agua arriba.
Corriente (kA) M1 M2
Antes de la lnea de falla 0.113 0.113
45
(Iss)
Durante la lnea de falla
(Isag)
0.157 0.089
Relacin (Isag)/ (Iss) 1.389 0.788
La magnitud de corriente que mide la localizacin agua abajo (M1) no es tan
grande en comparacin con la corriente de falla durante la falla en la lnea, esto
sucede porque la corriente aumenta rpidamente y se restaura gradualmente.
Debido a esto se debe utilizar la relacin ms fina para determinar el evento de la
saturacin de un transformador [2].
4. DESARROLLO DE LA PROPUESTA METODOLOGICA
Para evaluar los descriptores mencionados en el capitulo anterior se utiliza el
sistema IEEE 123 Node Test Feeder, este esquema se implement en ATP
DRAW, se hizo varias pruebas comprobando que el flujo de potencia era el
correcto. El siguiente paso es determinar varios puntos crticos del sistema para
implementar un medidor, los nodos escogidos son los que presentan bastantes
bifurcaciones, con esto se asegura una evaluacin ms detallada del sistema
cuando ocurre una falla.
Se utilizaron fallas asimtricas conformadas por corto circuitos asimtricos y fallas
a travs de impedancia o con conductores abiertos. Los tipos de fallas utilizados
en el anlisis de esta temtica fueron: Lnea a tierra (L-T), lnea a lnea (L-L), doble
lnea a tierra (2L-T), trifsica (3L), trifsica a tierra (3L-T), todas estas se
describieron con impedancia de fallas Zfault.
4.1. Tipos de fallas en el sistema.
Existen cuatro tipos de fallas en la red las cuales podemos ver a continuacin:
4.1.1 Falla Monofsicas a tierra:
46
Este es un tipo muy comn de falla, puede ocurrir por descargas atmosfricas o
por contactos de estructuras aterrizadas.
Figura 21. Falla monofsica a tierra
Las fallas monofsicas fueron simuladas con una resistencia muy pequea en la
fase que se desea fallar, se hicieron fallas en cada una de las tres fases en
diferentes nodos del sistema para poder as llegar a tener una base de pruebas
amplia que nos permitir corroborar el correcto funcionamiento de cada uno de los
tres descriptores [4].
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5
x 104
-4000
-3000
-2000
-1000
0
1000
2000
3000
4000
5000
Tiempo de ciclo
Tensi
n
Falla monofsica en la fase C
va
vb
vc
47
Figura 22. Falla monofsica de la fase c hecha en el nodo 40 medida en el
nodo 67.
En la figura 22, se muestra una falla monofsica hecha en la fase c, claramente se
observa que durante la ocurrencia del hueco la tensin de las fase a y b tuvieron
un crecimiento en la magnitud, mientras la fase afectada, en este caso la fase c
evidenci una disminucin en la magnitud de la corriente en dicho evento.
4.1.2. Falla bifsica:
Esta es una falla comn en los sistemas de energa elctrica cuando se hace
contacto directo o por medios externos dos conductores del circuito [4].
Figura 23. Falla bifsica.
Se ve reflejado a continuacin en la figura 24 el comportamiento de la onda de
tensin despus de una falla bifsica en el sistema de distribucin, simulado esta
en ATPDraw.
48
Figura 24. Falla bifsica fase b-c hecha en el nodo 79 medida en el nodo 67.
Cuando ocurre el evento las tensiones en las fases donde se hicieron las fallas
presenta una disminucin en su amplitud, para este caso como lo muestra la figura
24, las tensiones en las fases Vb y Vc se reducen significativamente mientras la
fase a tiene un leve aumento pareciendo que permanece en un valor constante.
4.1.3. Falla bifsica a tierra:
Cuando hablamos de falla bifsica a tierra sabemos que se ponen en contacto
directo o por medios externos dos circuitos, y se hace contacto con la tierra por
medio de una impedancia de falla [4].
Figura 25. Falla bifsica a tierra.
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5
x 104
-6000
-4000
-2000
0
2000
4000
6000
Falla Linea linea
Tiempo en ciclos
Te
ns
in
vb
vc
va
49
En la figura 25 observamos una falla bifsica a tierra y el comportamiento de la
onda de tensin cuando ocurre la falla en el sistema de distribucin, simulado esta
en ATPDraw.
Figura 26. Falla bifsica fase b-c hecha en el nodo 40 medida en el nodo 67.
Cuando ocurre el evento las tensiones en las fases donde se hicieron las fallas
presenta una disminucin en su amplitud, para este caso como lo muestra la figura
26, las tensiones en las fases Vb y Vc se reducen significativamente mientras la
fase a aumente, notndose que el valor de aumento es un valor relativamente
pequeo.
4.1.4. Falla trifsica:
La falla trifsica se ve inmersa cuando hablamos de la industria por el arranque de
motores de induccin, bancos de condensadores, saturacin de transformadores,
entre otras. Sabemos de ante manos que este tipo de falla involucra las tres fases
del sistema, no origina desbalance en las tensiones del sistema y corresponde a
un 5% de las fallas que pueden ocurrir en un sistema de distribucin de energa
elctrica [4].
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5
x 104
-6000
-4000
-2000
0
2000
4000
6000
Tiempo en ciclos
Tensi
n
Falla bifsica a tierra
va
vb
vc
50
Figura 27. Falla trifsica.
a continuacin en la figura 27 obtenemos una falla trifsica y el comportamiento de
la onda de tensin despus de una falla en el sistema de distribucin, simulado
esta en ATPDraw.
Figura 28. Falla bifsica fase a-b-c hecha en el nodo 62 medida en el nodo 67.
Cuando ocurre el evento las tensiones en las fases presentan una disminucin en
su amplitud, para este caso como lo muestra la figura 28, las tensiones en las
fases Va, Vc y Vb se reducen significativamente.
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5
x 104
-8000
-6000
-4000
-2000
0
2000
4000
6000
8000
Falla trifasica
Tiempo de ciclos
Tensio
n
va
vb
vc
51
4.2 LOCALIZACIN DE HUECOS DE TENSIN MEDIANTE LA CORRIENTE DE
SE SECUENCIA POSITIVA (RPSC)
Para verificar esta metodologa se desarroll una base de datos con al menos 500
fallas a lo largo del sistema con diferentes puntos de medicin, en cada falla se
export los valores de tensin y de corriente en cada fase.
Con la ayuda de un algoritmo implementado en Matlab, se calcularon la corriente
de secuencia positiva para cada falla, los resultados se muestran a continuacin:
4.2.1 Corriente de secuencia positiva para una falla localizada agua arriba
Cuando hablamos de secuencia positiva tenemos en cuenta que todas las fallas
originadas en nuestro sistema elctrico tienen como referencia esta secuencia, y
podremos cuantificar las diferencias que existen entre aguas arriba o aguas abajo.
A continuacin vemos la caracterizacin de cada una de las posibles fallas
trabajadas en el sistema elctrico.
4.2.1.1 Falla monofsica
Es la falla ms comn en los sistemas elctricos ya que puede originarse por la
descarga atmosfrica en la red o el contacto de la fase con alguna estructura.
Figura 29. Falla monofsica de secuencia positiva.
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
x 104
165
170
175
180
185
190
195
Tiempo en ciclos
Co
rrie
nte
Corriente de secuencia positiva
I(+)
52
En la figura 29, la corriente de secuencia positiva en la fase donde se origina la
falla sufre una cada, donde ocurre la falla para as entender su comportamiento
cuando el medidor esta despus de la falla.
4.2.1.2 Falla bifsica a tierra
La secuencia positiva que ve la corriente en una falla bifsica.
Figura 30. Falla bifsica a tierra
Podemos ver una gran diferencia en comparacin con la secuencia positiva de la
falla monofsica la corriente disminuye notablemente en comparacin con la fallas
bifsicas.
4.2.1.3 Falla trifsica
Falla trifsica teniendo como referencia el medidor despus del evento, analizando
la secuencia positiva de la corriente.
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
x 104
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
Tiempo en ciclos
Co
rrie
nte
Corriente de secuencia positiva
I(+)
53
Figura 31. Falla trifsica.
Visualizando la grafica de la corriente de secuencia positiva para cada tipo de falla
se analizan las similitudes existentes en todos los huecos originados aguas arriba.
Se ve claramente que esta corriente durante el evento presenta una disminucin
en su amplitud en comparacin con el valor medido antes del evento.
A partir de todos los casos analizados se concluye que la corriente de secuencia
positiva durante la falla siempre ser menor comparndola con la corriente de
estado estable, solo cuando el hueco se origina aguas arriba del punto de
medicin. En otras palabras
| | | |
4.2.2 Corriente de secuencia positiva para una falla localizada agua abajo
4.2.2.1 Falla monofsica
La falla monofsica del sistemas elctricos vista despus de que ocurra en evento
por el medidor teniendo en cuenta que su origen puede darse por la descarga
atmosfrica en la red o el contacto de la fase con alguna estructura.
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
x 104
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
Tiempo en ciclos
Co
rrie
nte
Corriente de secuencia positiva
54
Figura 32. Falla monofsica.
A diferencia de el comportamiento de la corriente de secuencia positiva vista antes
de el medidor esta se ve afectada por un aumente de magnitud durante el evento
siendo esto un ndice a tener en cuenta a la hora de caracterizar los resultados
obtenidos.
4.2.2.2 Falla bifsica
Fallas bifsica vista despus del medidor presenta un aumento en la secuencia
positiva de corriente con aumento notable en relacin con la falla monofsica.
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
x 104
400
500
600
700
800
900
1000
1100
1200
Tiempo en ciclos
Co
rrie
nte
Corriente de secuencia positiva
55
Figura 33. Falla bifsica.
Durante el evento la magnitud de la corriente de secuencia positiva aumenta
teniendo en cuenta que el medidor se ubica antes del evento esto nos permite ver
una gran diferencia en relacin con la corriente de secuencia positiva cuando el
medidor esta despus del evento ya que cuando se origina el evento aguas arriba
el medidor ve el aumento de corriente en una fase y el flujo de corriente de las
fases restantes la mayora se disipa por la falla.
4.2.2.3 Falla trifsica
El comportamiento de una falla trifsica con respecto a la corriente de secuencia
positiva, originando la falla antes del evento.
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
x 104
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
Corriente de secuencia positiva
Tiempo en ciclos
Co
rrie
nte
56
Figura 34. Falla trifsica.
Es mas notorio el cambio debi a que el medidor en esta ocasin no ve flujo de
corriente de secuencia positiva durante el evento y la corriente de la figura 34
durante el evento llega a su valor mximo en el sistema.
Se hizo el mismo procedimiento anterior para la ubicacin agua abajo, se analiz
el comportamiento de la corriente de secuencia positiva para todos los tipos de
fallas, en estos casos se observa que la magnitud de corriente positiva durante la
ocurrencia de la falla aument considerablemente caso contrario a lo sucedido con
la ubicacin agua arriba. Para este caso se puede apreciar claramente que:
| | | |
Con base a las pruebas hechas anteriormente se puede encontrar un patrn para
la localizacin relativa de los huecos de tensin, de acuerdo a la comparacin que
existe entre la corriente del hueco ) y la de estado estable ) para las
dos ubicaciones posible.
| | | | | |
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
x 104
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
Corriente de secuencia positiva
Co
rrie
nte
Tiempo en ciclos
57
| |
| |
| |
| |
Con la relacin anterior se comprueba la validez del articulo [?], ahora a partir
ecuacin demostrada se analizan las 500 fallas para estimar la eficiencia del
mtodo.
Se tabularon los resultados para todas las fallas, visualizando la Iss/Ifalla y la
localizacin relativa de cada una, se analizan las acertadas y las errneas para
estimar la eficiencia que tiene este mtodo y as poder desarrollar un algoritmo
que me proporcione seguridad y confiabilidad en la localizacin de los huecos e
tensin en todos los sistemas de distribucin de la energa elctrica.
4.2.3 Diagrama de flujo del mtodo
Inicio
Ia, Ib, Ic
Se halla la secuencia positiva y se
determina Iss y Ifalla
Iss/Ifalla >1
Si No
Aguas Abajo Aguas Arriba
58
Figura 35. Algoritmo de solo tensin.
Algoritmo a trabajar en MATLAB para la corroboracin de los resultados
obtenidos.
4.3 LOCALIZACIN DE HUECOS DE TENSION MIDIENDO POTENCIA Y
CORRIENTE. (falta)
4.4 LOCALIZACIN DE HUECOS DE TENSION MIDIENDO SOLO TENSIN
Para la verificacin de este mtodo se implemento el mismo sistema de los
mtodos anteriores con la diferencia que se le introdujo un transformador de
potencia y se tomo como medida la tensin en el lado primario y secundario del
equipo.
Inicialmente se hacen los tipos de fallas en todo el sistema y se analiza su
comportamiento, para as estimar una relacin en la localizacin del hueco de
tensin.
Relacin de tensin entre el lado primario y secundario del transformador
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5
x 104
-4000
-3000
-2000
-1000
0
1000
2000
3000
4000
5000
Tiempo de ciclo
Tensi
n
Tensiones del lado primario del tranformador
va1
vb1
vc1
59
Figura 36. Fallas bifsica a tierra.
El comportamiento de la onda de tensin al momento del evento, tomando como
referencia el lado primario del transformador, en esta figura es notorio el cambio
en el comportamiento de las fases a las cuales le ocurre la falla.
Figura 37. Fallas bifsica a tierra.
En las figura 37 se visualiz las tensiones del lado primario y secundario del
transformador durante una falla, el comportamiento de las tensiones en un lado es
similar al otro con algunas diferencias en la magnitud, como fue una falla bifsica a
tierra era de esperarse que disminuyera la tensiones en dos fases, en este casos
disminuyeron las fases a y b. Otra caracterstica importante de esta grafica es que
se puede diferenciar claramente el tiempo donde ocurre la falla, esto servir para
hallar la tensin del hueco y la tensin de pre-falla.
A continuacin se estudiar la relacin que existe entre las tensiones RMS medida
en los lados del trasformador con la localizacin de aguas arriba o debajo de los
huecos de tensin originados en las fallas.
4.4.1 HUECOS DE TENSION ORIGINADOS AGUAS ARRIBA
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5
x 104
-4000
-3000
-2000
-1000
0
1000
2000
3000
4000
Tiempo de ciclo
Tensi
n
Tensiones en el lado secundario del transformador
va2
vb2
vc2
60
Cuando la falla es ocasionada aguas arriba teniendo como referencia la medida de
solo tensin, podemos analizar el comportamiento de la tensin y la corriente
durante el evento y as poder saber el comportamiento de cada una de ellas ante
los distintos tipos de fallas.
4.4.1.1 Falla bifsica a tierra
Tensin RMS visto del lado primario del transformador durante la fallas bifsica a
tierra donde la fase Vc experimenta un leve aumento mientras las fases donde
ocurre el evento se precipitan a cero teniendo en cuenta que la falla es ocasionada
aguas arriba.
Figura 38. Tensin RMS del lado primario del transformador
Valor de tensin RMS visto del lado secundario del transformador durante la fallas
bifsica a tierra donde la fase Vc experimenta un aumento ms notorio en relacin
con la figura 38, mientras las fases donde ocurre el evento se precipitan a cero
teniendo en cuenta que la falla es ocasionada aguas arriba.
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
x 104
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
2200
2400
2600
Valores RMS de la tensin en el lado primario del transformador
Tiempo en ciclos
ten
si
n R
MS
Va
Vb
Vc
61
Figura 39. Tensin RMS del lado secundario del transformador
Analizando el comportamiento de los valores RMS de la tensin del primario y del
secundario del transformador para huecos localizados aguas arriba, se observa
que gran similitud entre ellas, cuando ocurre el evento la magnitud de la tensin en
las fases donde se hicieron la falla presenta una disminucin, en este caso la fase
a y b. Despus que finaliza el evento estas tensiones vuelven a su valor nominal.
4.4.1.2 Fase trifsica
Cuando generamos una fallas trifsica en el lado primario del transformador
vemos el comportamiento del la tensin RMS durante la fallas y todas las fases se
precipitan a cero cuando el medidor esta ubicado despus de la fallas.
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
x 104
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
2200
2400
Tiempo en Ciclos
Co
rrie
nte
Valor RMS de la tensin lado secundario del transformador
Va
Vb
Vc
62
Figura 40. Tensin de RMS del lado primario del transformador.
Vista del lado secundario del transformador la tensin RMS tambin sufre una
cada a cero ya que el medidor esta ubicado despus del evento, teniendo en
cuenta que en las dos figuras el nivel de tensin es diferente.
Figura 41. Tensin de RMS del lado secundario del transformador.
Al igual que en la falla bifsica, la falla trifsica tiene el mismo comportamiento con
la diferencia que cuando ocurre la falla la tensin en las tres fases disminuyen
notoriamente, pero transcurrido el evento vuelven a su condicin nominal.
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
x 104
0
500
1000
1500
2000
2500
Tiempo en ciclos
Te
nsi
n R
MS
Tensin RMS en el lado primario del transformador
Va
Vb
Vc
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
x 104
0
500
1000
1500
2000
2500
Tiempo en ciclos
Te
nsi
n e
n R
MS
Tension RMS del lado secundario del transformador
Va
Vb
Vc
63
4.4.2 HUECOS DE TENSION ORIGINADOS AGUAS ABAJO (FALTA)
Resultados con el algoritmo solo tensin.
Figura 42. Algoritmo de solo tensin.
4.5 DESARROLLO DE LA NUEVA PROPUESTA METODOLGICA MIDIENDO
SOLO TENSION (falta)
Analizadas las diferentes metodologas implementadas para la localizacin de
huecos de tensin, se observa que relacionaba la localizacin de huecos de
tensin con medicin de corrientes y potencias, considerando que estas medidas
no son fcil de obtener en un sistema o que no se dispone de los equipos
64
suficientes para obtener la medida, se vio la obligacin de disear un algoritmo
que dependa nicamente de la medicin de la tensin. Para disear esta
metodologa inicialmente se identifican y se relacionas los descriptores ms
relevantes que puedan diagnosticar con gran precisin una localizacin del hueco
de tensin. Posteriormente se selecciona los umbrales adecuados con los cuales
se puedan discriminar si el hueco es originado aguas arriba o aguas abajo del
equipo de medida. Y para finalizar se disea el algoritmo implementados por
medio de un diagrama de flujo, donde se explica ms detalladamente la
funcionalidad de esta nueva metodologa.
4.5.1 IDENTIFICACIN Y SELECCIN DE LOS DESCRIPTORES
RELEVANTES
(Describir esto y describir las graficas con los nombres)
4.5.1.2 Secuencia positiva de la tensin:
Figura 43. .
65
Figura 44. .
En la figura 44, se muestra el punto de falla P y el nodo de referencia, y tambin el
equivalente Thevenin, el valor Vf es voltaje prefalla al neutro en la el punto de la
falla p, este se denota como Vka en el equivalente Thevenin, Zkk es la impedancia
de Thevenin que se mide entre el punto p y el nodo de referencia.
Se elije la secuencia positiva porque para la secuencia negativa y cero, no hay
corrientes que fluyen antes de que ocurra la falla y los voltajes de prefallas son
cero en todas las barras de las redes, tanto como para secuencia negativa como
para secuencia cero. Por esta razn el voltaje prefalla entre el punto P y el nodo
de referencia es cero para las secuencias positivas y ceros.
4.5.3 Valores RMS de la tensin
Es el valor eficaz de una onda llamado tambin como valor RMS por su sigla en
ingls Root Mean Square. El valor eficaz de una tensin de alterna es aquel valor
que aplicado sobre una resistencia tiene la misma eficacia trmica que una
continua. Es decir, produce la misma disipacin de calor que una tensin continua
de dicho valor. En una onda senoidal, este valor es
, en una onda triangular, el
valor eficaz es
y en una onda cuadrada es igual al Vmx
Para desarrollar el algoritmo las seales de tensin RMS se calcularon haciendo
uso de la Transformada Corta de Fourier (SFT) con una ventana deslizante de un
ciclo y 1024 muestras de longitud.
Valor eficaz
Valor eficaz obtenido cada muestra
66
Se desarroll un algoritmo que calculaba los valores Vrms de las tres tensiones de
fases del sistema, para hacer el anlisis se escogi el peor caso, que fue la
tensin menor en las tres fases y la de mayor duracin.
4.5.4 Seleccin de Umbrales
Una vez analizado y seleccionados los descriptores ms importante para la
localizacin de huecos de tensin, se hace un anlisis circuital para hallar la
relacin que existe entre estos descriptores que permitan ubicar de manera
eficiente un hueco de tensin. Para determinar esos umbrales y la metodologa
apropiada para tomar la decisin, se utilizaron algoritmos basados en tcnicas de
anlisis de circuitos.
Figura 45. Sistema de potencia implementando dos medidores.
En la figura 45, se muestra el equivalente de un sistema de potencia donde se
colocan dos medidores en puntos estratgicos y se toma la medicin del evento
durante la ocurrencia de una falla.
Para garantizar medidas ms confiables se utilizaron dos medidores de tensin,
cada medidor proporciona un valor de tensin cuando transcurre un hueco de
tensin en el sistema.
67
4.5.5 Anlisis de los descriptores
Como se explic anteriormente, la secuencia positiva es importante para el
anlisis de fallas asimtricas en los sistemas de potencia porque est presente en
todo los tipos de fallas, por tal razn se escogi esta variable para hacer un
anlisis detallado en la localizacin de un hueco en un sistema de potencia. Con la
medicin de la tensin en secuencia positiva durante un evento se puede
caracterizar el sistema de acuerdo a al lugar donde se origin la falla
Figura 46. Fallas aguas arriba del medidor M1.
Si la falla se origina aguas arriba del medidor M1,se espera que la tensin en ese
punto se reduzca debido a la disminucin de corriente que fluye por el medidor,
para este caso es de esperar que gran parte de la corriente que proporciona la
fuente de tensin se desvi con la corriente de falla.
En el sistema propuesto contiene dos medidores ubicados equidistante el uno con
el otro, con base a lo explicado anteriormente si la tensin de secuencia positiva
calculada en el medidor M1 es muy baja quiere decir que hubo un falla antes
originando una disminucin de corriente de la que fluye por el medidor M1
68
Figura 47.Fallas aguas abajo del medidor M2.
Para el caso contrario cuando la falla es originada aguas abajo del medidor M2 se
espera que la tensin que se compute en el medidor M2 sea considerable, debido
a que por este nodo sigue fluyendo gran cantidad de corriente.
Cuando se hizo el anlisis anterior no se lleg a un patrn que identificara la
localizacin de relativa de los huecos de tensin ocurridos durante un evento, la
tensin de secuencia positiva siempre ser menor que la tensin de estado
estable sin importar la ubicacin del hueco, si la falla ocurre aguas arriba del
medidor M1 la lectura del medidor M1 como el medidor M2 son parecidas
entonces la diferencia entre esas tensiones es un valor pequeo comparada con la
tensin de estado estable, contrariamente si la falla ocurre aguas abajo del
medidor 2 las tensiones que registran los medidores M1 y M2 difieren mucho, por
lo tanto esa diferencia de tensin va a ser significativa si se compara con la
tensin de estado estable del sistema .Por esta razn se decide implementar el
sistema con dos medidores, para obtener una resultado mas confiable a la hora de
hablar de localizacin relativa de huecos de tensin. Lectura de dos medidores.
69
Figura 48. .
Relacionando los dos conceptos explicados anteriormente se hizo un estudio para
un sistemas compuesto por dos medidores, para esto se calcul la tensin de
secuencia positiva vista desde los terminales donde se colocan los medidores
y se analizan para diferentes localizaciones de las fallas. Como era de esperarse
la tensin entre M1 y M2 es relativamente pequea cuando la falla sucede antes
del medidor M1 es decir aguas arriba de M1, y mayor cuando la perturbacin
sucede aguas arriba del medidor M2, Con base a este anlisis se tiene una
relacin vlida para cuando la falla sucede antes del medidor M1 y despus del
M2.
Al relacionar la diferencia fasorial de secuencia positiva
con la tensin prefalla
de la secuencia positiva.
Se estable que:
Si
Aguas arriba del medidor M1
De lo contrario Si
Aguas abajo del medidor M2
Qu sucede cuando la falla ocurre entre los dos medidores?
Cuando la falla sucede en medio de los medidores M1 y M2 pasa un caso especial
que no puede relacionarse con la metodologa expuesta anteriormente, puesto
que para el medidor M1 la falla es aguas arriba mientras que para el M2 es una
falla localizada aguas abajo. Para este caso se mide la tensin rms en el medidor
M2 y se relaciona con el valor de estado estable medido antes que suceda la falla.
70
Figura 49. .
Cuando la falla sucede entre los dos medidores se espera que el valor rms de la
tensin medida en M2 disminuye con respecto a la tensin del sistema, si la falla
sucede despus del medidor M2 el valor rms medido en ese punto decae pero en
un porcentaje muy pequeo en comparacin con la tensin del sistema, con base
en esta condicin de puede relacionar el valor rms como un valor para la toma de
decisin de acuerdo a la localizacin del hueco de tensin dentro del sistema.
Donde U= umbral de decisin definido por el sistema.
= Tensin de estado estable del sistema.
Algoritmo de decisin
Despus de estudiar y analizar los tres posibles casos de ubicacin del hueco de
tensin en el sistema se desarroll un algoritmo que implemente los tres sucesos
con alto grado de confiabilidad y seguridad.
Si la falla es localizada dentro de los dos medidores o despus del medidor M2, se
relaciona la tensin rms medida en M2 con el valor de tensin que tena el sistema
antes de la ocurrencia del evento, y se compara con un umbral de decisin que
permita clasificar con eficiencia la localizacin relativa del hueco.
Si la falla sucede aguas abajo del medidor M1, basta con verificar que la tensin
de secuencia positiva de los terminales sea menor la tensin de estado estable.
71
El algoritmo propuesto se puede explicar por el siguiente diagrama de flujo:
Medicin de la
tensin
Medicin de la
