Ingeniera Elctrica Instituto Tecnolgico de Durango

OPCION III

"AUXILIAR DIDCTICO CONSISTENTE EN MANUAL Y SOFTWARE DE APLICACIN ASPEN, PARA DIGITALIZACIN Y ANLISIS DE CORTOCIRCUITO EN SISTEMAS DE POTENCIA.

Para Obtener el Ttulo de:INGENIERO ELECTRICO

Presenta:Aldo Gurrola Galvn07040546

Victoria de Durango, Dgo. Enero de 2013INDICE1.- INTRODUCCION62.- PROBLEMAS A RESOLVER82.1 Problema Planteado.83.- OBJETIVOS93.1 Objetivo General del Proyecto93.2 Objetivos Especficos del Proyecto94.- JUSTIFICACION105.- Alcances116.- LIMITACIONES127.- FUNDAMENTO TEORICO137.1 TEORIA DE ELECTRICIDAD137.1.1 Conceptos y Unidades Elctricas137.1.1.1 Corriente Elctrica (A).137.1.1.2 Voltaje (V).137.1.1.3 Impedancia (Z).137.1.1.4 Potencia.147.2 SISTEMAS ELECTRICOS DE POTENCIA147.2.1 Estructura de un Sistema Electrico de Potencia (SEP).157.2.2 Generacion Electrica167.2.2.1 Generacin Termoelctrica177.2.2.2 Generacin Hidroelctrica.187.2.2.3 Generacin Nucleoelctrica.187.2.2.4 Otras Centrales Generadoras de Electricidad.197.2.3 Transmisin Elctrica197.2.3.1 Subestaciones Elevadoras207.2.3.2 Lneas de Transmisin.217.2.3.3 Subestaciones de Maniobra.227.2.3.4 Subestaciones Reductoras.237.2.4 Distribucin Elctrica.237.2.4.1 Radial.247.2.4.2 Anillo.247.2.4.3 Mallado.257.2.4.4 Alimentador.267.2.4.5 Troncal.267.2.4.6 Ramal.267.2.4.7 Acometida.277.2.4.8 Nodo.277.2.4.9 Red Secundaria.277.3 SUBESTACIN ELCTRICA.277.4 Equipos Elctricos.297.4.1 Transformador.297.4.2 Transformadores de Instrumento.297.4.2.1 Transformadores de Corriente (TC).307.4.2.2 Transformadores de Potencia (TP).307.4.3 Restaurador.317.4.4 Cuchillas de Operacin.337.4.5 Fusible.347.4.6 Seccionador.347.4.7 Relevador.357.4.8 Interruptor.367.5 FALLAS ELECTRICAS.367.5.1 Tipos de Fallas377.5.2 Fallas Elctricas por Sobre corriente (Cortocircuito).387.5.3 Corrientes Durante Falla de Cortocircuito.387.5.4 Causas de Cortocircuito.397.5.5 Efectos delas Fallas Elctricas.397.6 PROTECCION DE LOS SISTEMAS ELECTRICOS DE POTENCIA.397.6.1 Caractersticas de los Sistemas de Proteccin por Rels407.6.1.1 Sensibilidad.407.6.1.2 Selectividad.417.6.1.3 Seguridad.417.6.1.4 Velocidad.417.6.1.5 Fiabilidad.417.6.1.6 Simplicidad y Economa.427.6.2 Elementos de un Equipo de Proteccin.427.6.2.1 Batera de Alimentacin.437.6.2.2 Seales.437.6.2.3 Rele de Proteccin.447.6.2.4 Interruptores Automticos.447.6.2.5 Sistema de Comunicaciones.457.6.3 Filosofa de Proteccin.467.6.3.1 Proteccin Primaria.467.6.3.2 Proteccin de Respaldo.467.6.4 Relevadores de Proteccin ms usuales segn la ANSI / IEEE.478.- instalacion y descripcion del software aspen.488.1 PREMBULO498.2 FUNCIONALIDAD DEL SOFTWARE508.3 METODOLOGA DE INSTALACIN508.3.1 Requerimientos Bsicos508.3.1.1 Instalacin de VMWare508.3.1.2 Instalacin de Windows XP.538.3.2 Instalacin de Software (ASPEN).568.3.2.1 Primera Etapa.578.3.2.2 Segunda Etapa.628.3.2.3 Tercera Etapa.638.4 DESCRIPCIN DE PANTALLA PRINCIPAL.668.5 DESCRIPCIN DE FUNCIONES PRINCIPALES.678.5.1 File (Archivo)678.5 .1.1 Nuevo.678.5 .1.2 Abrir Archivo Binario de Datos.688.5.1.3 Comentarios del Archivo.688.5.1.4 Estadsticas.698.5.1.5 Unir los Archivos.708.5.1.6 Imprimir Diagrama Unifilar.708.5.1.7 Exportar Diagrama Unifilar.718.5.2 Network (Red).728.5.2.1 Propiedades.738.5.2.2 Opciones.818.5.2.3 Nuevo.828.5.2.3.1 Generador828.5.2.3.2 Bus848.5.2.3.3 Derivacin Conmutada858.5.2.3.4 Derivacin868.5.2.3.5 Lnea868.5.2.3.6 Carga878.5.2.3.7 Transformador888.5.2.3.8 Lnea CD898.5.2.3.9 Transformador con 3 Devanados898.5.2.3.10 Cambio de Fase918.5.2.3.11 Capacitor / Reactor en Serie918.5.2.3.12 Cuchilla928.5.2.3.13 Anotacin 938.5.2.14 Fuera de Servicio.938.5.2.15 Puesta en Servicio.948.5.3 Diagram (Diagrama).948.5.3.1 Opciones.958.5.3.2 Cdigo de Color por KV.958.5.3.3 Smbolo del Bus.968.5.3.4 Ocultar / Mostrar Buses.968.5.3.5 Ocultar / Mostrar rea o Zona.978.5.3.6 Insertar Lnea Torcida.978.5.4 View (Ver).988.5.4.1 Buscar Bus por su Nombre.988.5.4.2 Buscar Bus por su Nmero.998.5.4.3 Buscar Anotacin.998.5.4.4 Ir al Final del Bus.1008.5.4.5 Plano Unifilar.1008.5.4.6 Impedancias del Plano Unifilar.1018.5.4.7 Longitudes por Lnea del Plano Unifilar.1018.5.4.8 reas y Zonas del Plano Unifilar.1028.5.5 Relay (Rel).1038.5.5.1 Opciones.1038.5.5.2 Nuevo Grupo de Rel.1048.5.5.3 Propiedades.1068.5.5.4 Ver Curvas del Rel.1078.5.5.5 Coordinacin de Protecciones.1088.5.6 Faults (Fallas).1128.5.6.1 Especificar Fallas Clsicas.1128.5.6.2 Especificar Fallas Simultneas.1158.5.6.3 Mostrar Fasores.1178.5.6.4 Solucin del Reporte1178.5.6.5 Opciones.1188.5.7 Check (Comprobar).1198.5.8 Tools (Herramientas).1198.5.9 Help (Ayuda).1208.6 DESCRIPCIN DE LA BARRA DE HERRAMIENTAS.1209.- EJERCICIO DE CORTO CIRCUITO (Distribucin).1229.1 CALCULO MATEMATICO1229.2 SIMULACIN ASPEN.1299.2.1 Digitalizacin del Sistema Elctrico.1299.2.2 Simulacin de Cortocircuito.1359.3 EVALUACIN Y COMPARACIN DE RESULTADOS.14010.- Ejercicio de corto circuito (Transmisin)14110.1 CALCULO MATEMTICO14110.2 SIMULACIN ASPEN.14210.2.1 Digitalizacin del Sistema Elctrico.14210.2.2 Simulacin de Cortocircuito.14610.3 EVALUACION Y COMPARACION DE RESULTADOS14811.- Conclusiones y Recomendaciones.14912.- Referencias Bibliogrficas150

1.- INTRODUCCION

Actualmente existen programas que auxilian el anlisis de circuitos elctricos tanto en la industria como en instituciones educativas, pero la nica empresa que utiliza nuevos y mejores paquetes enfocados a los sistemas de potencia es la Comisin Federal de Electricidad (CFE).Esta empresa utiliza software de ltima tecnologa, con la finalidad de brindar un mejor servicio al usuario, para operar los sistemas de distribucin y potencia se apoyan de gran manera en este tipo de software, uno de ellos muy importante es el ASPEN.ASPEN (Advanced Systems for Power Engineering Inc.) es un programa el cual disea grficamente, edita, simula y captura parmetros de falla del circuito a emplear, con el fin de obtener parmetros de operacin real en caso de fallas, cabe mencionar que se utiliza en transmisin y distribucin elctrica, entre otras aplicaciones se destaca la seleccin, edicin y coordinacin de protecciones del sistema. Es un manual que instruye al usuario sobre el funcionamiento bsico del software, tiene la finalidad de desarrollar un avance importante en el estudio de los sistemas de potencia; ya que apoya al sector educativo en el rea de ingeniera elctrica.Tiene como sustento instrucciones grficas a detalle, tanto de instalacin como de funciones del programa, as como ejemplos reales para comparar y comprobar su factibilidad, elaborado de fcil redaccin para la pronta comprensin del usuario, esto con la intencin de que su aplicacin sea lo ms provechosa posible.

Historia

Sistemas Avanzados para la Ingeniera de Potencia, Inc. (ASPEN) es un programa orientado al anlisis y estudio de los sistemas elctricos de potencia enfocado principalmente a las empresas elctricas.La empresa ASPEN fue fundada en 1986, formando un compromiso con la excelencia tcnica y la formacin de nuevas tecnologas, cuentan con clientes en cientos de empresas elctricas privadas, gubernamentales y grandes complejos industriales en 52 pases. ASPEN es bien conocido por su trabajo pionero en los mtodos y aplicaciones de sistemas de potencia.Industrias Aspen se encuentra en San Mateo, California, y cuenta ya con 26 aos de servicio al sector elctrico.

Marco Terico

El departamento de ingeniera elctrica y electrnica cuenta con diversos programas para el anlisis de circuitos, entre ellos: Workbench, Multisim, Matlab, entre otros muchos que ayudan al desempeo y aprendizaje del alumno. Pero para la ingeniera de potencia existen pocos software, tales como el QBasic y otros propios de CFE como lo son el DProred y el CTRS, para redes de distribucin area y subterrnea respectivamente, el PWS (Power World Simuation) para la simulacin de flujos, pero paquetes dedicados a cortocircuito y coordinacin de protecciones son muy escasos, entre ellos destaca el ASPEN.

2.- PROBLEMAS A RESOLVER

2.1 Problema Planteado.

Las instituciones educativas han logrado mtodos de enseanza de gran calidad para mejorar el aprendizaje de los estudiantes y esto se logra gracias al apoyo de software de aplicacin en las distintas reas.Cada vez ms los catedrticos se basan en esta herramienta, ya que es el mtodo ms claro y completo de adquirir los conocimientos en el rea.Lamentablemente la adquisicin de estos paquetes es complicada para las instituciones, debido a que no pueden costearlas y en ocasiones los proveedores los enfocan nicamente al sector productivo.

En el I.T.D. se carece de esta herramienta, especialmente en la carrera de Ingeniera Elctrica ya que no se tiene un programa de fcil manejo, que digitalice los sistemas elctricos y adquiera valores de cortocircuito para los diferentes tipos de fallas, as como realizar una buena selectividad y coordinacin de protecciones.De este modo se pierde una buena oportunidad en los futuros profesionistas para que fortalezcan sus conocimientos.

3.- OBJETIVOS

3.1 Objetivo General del Proyecto

Desarrollar un manual de fcil aplicacin y comprensin al usuario del software ASPEN, con la finalidad de mejorar las herramientas de aprendizaje a los alumnos de la carrera de ingeniera elctrica del I.T.D.

3.2 Objetivos Especficos del Proyecto

Mejorar el anlisis de fallas de los Sistemas Elctricos de Potencia.

Manejar los parmetros de los equipos y la digitalizacin de los circuitos elctricos.

Generar mejor selectividad de equipos y coordinacin de protecciones.

Auxiliar y apoyar a los catedrticos de la institucin para la enseanza en el diseo y planeacin de redes de distribucin elctrica.

Proporcionar al usuario un manual de fcil comprensin al utilizar el software.

Lograr satisfacer al usuario en el pronto dominio de funciones y aplicaciones bsicas del ASPEN.

Mejorar el nivel educativo de los profesionistas del I.T.D.

4.- JUSTIFICACION

Mediante un localizador de fallas, aislamiento y restauracin, se logr localizar tentativamente una falla elctrica as como posteriormente aislarla y restablecerla, pero en realidad Cul fue el sustento de esto?.El ASPEN es un software capaz de obtener corrientes y voltajes de cortocircuito en cualquier punto de la red que se desee para cualquier tipo de falla, tambin realiza una seleccin de equipos de proteccin y selectividad de curvas capaces de ser editadasEsta herramienta es utilizada para el diseo, anlisis y comprobacin de los sistemas y redes elctricas, por lo que es de gran ayuda al desarrollo didctico de la institucin.Este manual pretende presentar una fcil aplicacin al usuario del software ASPEN, el cual, expondr las utileras, ejemplos y funciones bsicas del programa.La relevancia del proyecto se enfoca principalmente al estudiante, ya que ser beneficiado al obtener ms y mejores herramientas sobre el tema, de igual forma el asesor tambin ser favorecido ya que es una importante aportacin al desarrollo de ms y mejores tcnicas de enseanza.

5.- AlcancesConsiderando la necesidad de los estudiantes se proporcionar un software a la institucin, que aumente el desempeo de los alumnos, para disear, analizar y comparar los resultados adquiridos en el estudio y el software.Se lograran grandes resultados en el uso del programa, ya que complementa de gran forma los estudios de los alumnos de la carrera de ingeniera elctrica del ITD.

6.- LIMITACIONES

El Software est orientado a la adquisicin de valores de cortocircuito en sistemas de potencia y redes de distribucin partiendo desde su digitalizacin, para posteriormente con estos valores poder coordinar las protecciones del sistema, por lo que solo simula fallas por cortocircuito.

7.- FUNDAMENTO TEORICO

7.1 TEORIA DE ELECTRICIDAD

7.1.1 Conceptos y Unidades Elctricas

7.1.1.1 Corriente Elctrica (A).

La intensidad de corriente o corriente elctrica se define como la cantidad de carga elctrica (electrones) que pasa por un conductor en la unidad de tiempo. Su unidad de medida es el amperio (A) y el aparato con el que se mide recibe el nombre de ampermetro, en media y alta tensin se utilizan transformadores de corriente (TCs).

7.1.1.2 Voltaje (V).

El voltaje o tensin representa la diferencia de potencial existente entre dos puntos de un circuito elctrico. La tensin se mide en voltios (V) y su aparato de medida es el voltmetro.

7.1.1.3 Impedancia (Z).

Laimpedanciaes una magnitud que establece la relacin (cociente) entre latensiny laintensidad de corriente. Tiene especial importancia si la corriente vara en el tiempo, en cuyo caso, sta, la tensin y la propia impedancia se describen con nmeros complejos o funciones del anlisis armnico. La parte real de la impedancia es laresistenciay su parte imaginaria es lareactancia. El concepto de impedancia generaliza laley de Ohmen el estudio de circuitos en corriente alterna

7.1.1.4 Potencia.

La potencia elctrica es la capacidad que tiene un aparato para transformar la energa elctrica en otro tipo de energa. Cuanto ms rpido sea capaz de realizar esta transformacin mayor ser la potencia del mismo.

Potencia Real o Activa (W) Potencia Aparente (VA) Potencia Reactiva (VAR)

7.2 SISTEMAS ELECTRICOS DE POTENCIAUnsistema elctrico de potenciase define como el conjunto de elementos que constituyen la red elctrica de potencia siendo su funcin: generar, transmitir y distribuir la energa elctrica hasta los usuarios, bajo ciertas condiciones y requerimientos.Estos sistemas, por la gran extensin geogrfica que ocupan; por los niveles de tensin en que funcionan, y por la gran cantidad de energa elctrica que transporta, requieren de la supervisin y del comando a distancia, lo cual se realiza en los Centros de Operacin y Control a travs de los SistemasSCADA.Los sistemas elctricos de potencia (SEP) son claves para el bienestar y el progreso de la sociedad moderna. stos permiten el suministro de energa elctrica con la calidad adecuada para manejar motores, iluminar hogares y calles, hacer funcionar plantas de manufacturas, negocios, as como para proporcionar potencia a los sistemas de comunicaciones y de cmputo. El punto de inicio de los sistemas elctricos son las plantas generadoras que convierten energa mecnica a energa elctrica; sta energa es entonces transmitida a grandes distancias hacia los grandes centros de consumo mediante sistemas de transmisin; finalmente, es entregada a los usuarios mediante redes de distribucin.

El suministro de energa en forma confiable y con calidad es fundamental; ya que cualquier interrupcin en el servicio o la entrega de energa de mala calidad causarn inconvenientes mayores a los usuarios, podrn llevar a situaciones de riesgo y, a nivel industrial, ocasionarn severos problemas tcnicos y de produccin. Invariablemente, en tales circunstancias, la prdida del suministro repercute en grandes prdidas econmicas.

Figura 7.2.1.- Sistema Elctrico de Potencia.

7.2.1 Estructura de un Sistema Electrico de Potencia (SEP).

Un sistema de potencia, de acuerdo con las actividades que realiza, bsicamente consta de tres subconjuntos bien especficos y diferenciados que realizan las labres de: generacin, transmisin y distribucin elctrica.

Figura 7.2.1.1.- Estructura de un S.E.P

7.2.2 Generacion ElectricaEl sistema de generacin es la parte bsica del sistema de potencia, esta se encarga de entregar la energa elctrica al sistema, esto a partir de la transformacin de distintos tipos de energa primaria.El conjunto de unidades generadoras reciben el nombre de centrales o plantas de generacin, siendo su tarea tomar una fuente primaria de energa y convertirla en energa elctrica.

La generacin elctrica se realiza bsicamente, mediante ungenerador; estos no difieren entre s en cuanto a su principio de funcionamiento, sino que varan en cuanto a la forma en que se accionan dependiendo del tipo de fuente de energa primaria, utilizada para convertir la energa contenida en ella, en energa elctrica.

Segn su importancia en relacin con su utilizacin en el mundo, las formas de generacin elctrica se muestran a continuacin.

7.2.2.1 Generacin Termoelctrica

Es una instalacin empleada para la generacin de energa elctrica a partir de calor. Este calor puede obtenerse tanto de combustibles fsiles (petrleo,gas naturalocarbn) como de lafisin nucleardeluraniou otrocombustible nuclearo del sol como lassolares termoelctricas. Las centrales que en el futuro utilicen lafusintambin sern centrales termoelctricas.

En su forma ms clsica, las centrales termoelctricas consisten en unacalderaen la que se quema el combustible para generar calor que se transfiere a unos tubos por donde circula agua, la cual se evapora. El vapor obtenido, a alta presin y temperatura, se expande a continuacin en unaturbina de vapor, cuyo movimiento impulsa un alternador que genera la electricidad. Luego el vapor es enfriado en unCondensadordonde circula por tubos agua fra de un caudal abierto de un ro o portorre de refrigeracin.La que podemos diferenciar en tres grandes grupos, segn su funcionamiento:

Turbinas a Vapor. Turbinas a Gas. Ciclos Combinados.

Figura 7.2.2.1.1.- Central Termoelctrica.7.2.2.2 Generacin Hidroelctrica.

Es aquella que se utiliza para la generacin de energa elctrica mediante el aprovechamiento de laenerga potencialdel agua embalsada en unapresasituada a ms alto nivel que la central. El agua se lleva por una tubera de descarga a la sala de mquinas de la central, donde mediante enormesturbinas hidrulicasse produce la electricidad en alternadores.

Permite aprovechar las masas de agua en movimiento que circulan por los ros para transformarla en energa elctrica. Segn la potencia instalada, las centrales hidroelctricas pueden ser centrales de gran potencia (ms de 10MW), mini centrales hidrulicas (entre 1MW y 10MW) y micro centrales hidrulicas (menos de 1MW).

Figura 7.2.2.2.1.- Central Hidroelctrica.

7.2.2.3 Generacin Nucleoelctrica.

Es una instalacin industrial empleada para lageneracin de energa elctricaa partir deenerga nuclear. Se caracteriza por el empleo decombustible nuclearcompuesto bsicamente de materialfisionableque mediantereacciones nuclearesproporcionacalorque a su vez es empleado a travs de unciclo termodinmicoconvencional para producir el movimiento dealternadoresque transforman eltrabajo mecnicoenenerga elctrica. Estas centrales constan de uno o msreactores.

Figura 7.2.2.3.1.- Central Nucleoelctrica.

7.2.2.4 Otras Centrales Generadoras de Electricidad.

Solar (energa luminosa procedente del sol). Elica (a partir de la energa del viento). Geotrmica (calor del interior de la tierra). Mareomotriz (energa de las mareas).

7.2.3 Transmisin Elctrica

La ubicacin de las grandes centrales de generacin elctrica obligan a transportar grandes cantidades de energa generada a travs de grandes distancias, de manera que para unir todas estas fuentes de generacin con los centros de consumo elctrico se emplean redes de transmisin de energa elctrica.Los sistemas de transmisin se encargan de transportar los grandes bloques de energa desde los centros de generacin a todos los puntos del sistema, adems de interconectar las diferentes centrales y/o diferentes sistemas de potencia. La razn tcnica para realizar esta operacin es la conveniencia de realizar el transporte de energa elctrica a larga distancia a voltajes elevados para reducir las prdidas resistivas que dependen de la intensidad de corriente.

Los sistemas de transmisin son los elementos ms extensos del sistema de potencia y esencialmente constan de los siguientes elementos:

Subestaciones Elevadoras Lneas de Transmisin Subestaciones de Maniobra Subestaciones Reductoras

7.2.3.1 Subestaciones Elevadoras

Subestaciones primarias situadas en las inmediaciones de lascentrales generadoras de energa elctrica para elevar el voltaje de salida de sus generadores, de hasta 115, 132, 230 o incluso 400kV, antes de entregar la energa a lared de transporte (Lneas de Transmisin).

Las subestaciones elevadoras permiten el aumento de la tensin generada. Con el fin de reducir la corriente y por lo tanto el grosor de los conductores y las prdidas. Este proceso se usa comnmente para facilitar el transporte de la energa, la reduccin de las prdidas del sistema y mejoras en el proceso de aislamiento de los conductores.

Figura 7.2.3.1.1.- Subestacin Elevadora.

7.2.3.2 Lneas de Transmisin.

Es una estructura material utilizada para dirigir la transmisin deenerga electicaen forma deondas electromagnticas, comprendiendo el todo o una parte de la distancia entre dos lugares que se comunican.Ocupan un lugar importante en la operacin de las redes elctricas, dado que son el elemento de los S.E.P. encargados de la transportacin de la energa elctrica.Son el elemento con mayor riesgo de falla, tanto por el nmero que existe, como por la extensin territorial que ocupan. Presentan valores caractersticos desde el punto de vista circuitos elctricos, determinados por su configuracin, por su material y por el tamao de sus conductores, tienen como funcin:

1. Transportar la energa elctrica desde los centros de generacin, hasta los centros de consumo.

2. Interconexin, con la finalidad de transferir energa entre reas en condiciones de emergencia o como consecuencia de la diversidad de la demanda entre reas.En las L.T. se utilizan materiales como cobre duro y aluminio, el aluminio por su conductividad y bajo pero, es empleado en claros (distancias interpostales) muy grandes, en claros pequeos se puede emplear cobre o aluminio, pero por lo general en las L.T. que operan con altas tensiones en donde los claros grandes son muy comunes se emplean conductores de aluminio con alma de acero, para dar mayor resistencia mecnica.

Figura 7.2.3.2.1.- Lneas de Transmisin Elctrica.

7.2.3.3 Subestaciones de Maniobra.

Son las subestaciones encargadas de interconectar dos o ms circuitos y realizar sus maniobras de operacin, tanto de apertura y cierre de enlaces as como transferencias de carga. Por lo tanto, en este tipo de subestaciones no se transforma la tensin.

Figura 7.2.3.3.1.- Subestacin de Maniobra.7.2.3.4 Subestaciones Reductoras.

Se nombran tambin subestaciones secundarias, se ubican en las cercanas de las poblaciones y en los consumidores industriales.Son subestaciones con la funcin dereducir la tensin de alta o muy alta a tensin mediapara su posterior distribucin a niveles aptos para su utilizacin.

La tensin primaria de los transformadoresdepende de la tensin dela lnea de transporte(66, 115, 230 o 400 kV). Mientras que la tensin secundaria de los transformadores tienen el nivel de tensin hasta valores que oscilan, habitualmente entre 13.2, 23, 34.5 kV y entregan la energa a lared de distribucin.

Figura 7.2.3.4.1.- Subestacin Reductora.

7.2.4 Distribucin Elctrica.

Lared de distribucin de la energa elctricaosistema de distribucin de energa elctricaes la parte delsistema de suministro elctricocuya funcin es el suministro de energa desde la subestacin de distribucin hasta los usuarios finales (medidor del cliente).

Los arreglos empleados en los sistemas de distribucin son:

1. Radial2. Anillo3. Mallado

7.2.4.1 Radial.

Es un sistema que permite la transferencia de potencia entre la fuente y la carga por una sola trayectoria, el sistema radial es el ms sencillo, econmico y comnmente usado, siendo poco confiable ya que cualquier falla en uno de los mentas interrumpe la alimentacin a la carga.Este arreglo tiene una capacidad limitada para funcionar como una fuente de energa alterna al interconectarse con otra fuente.

Figura 7.2.4.1.1.- Sistema Radial de Distribucin.

7.2.4.2 Anillo.

Es un sistema que permite la trasferencia de potencia entre fuentes largas por 2 trayectorias, este arreglo aumenta la fiabilidad del sistema en forma considerable.

Figura 7.2.4.2.1.- Sistema de Distribucin en Anillo.

7.2.4.3 Mallado.

Es un Sistema que permite la transferencia de potencia entre fuentes y cargas por mltiples trayectorias. Es el arreglo ms confiable y costoso.

Figura 7.2.4.3.1.- Sistema de Distribucin Mallado.

Estos arreglos se componen de los siguientes puntos:

1. Alimentador2. Troncal3. Ramal 4. Acometida5. Nodo6. Red Secundaria7.2.4.4 Alimentador.

Elemento principal de suministro elctrico al finalizar la subestacin elctrica que a su vez abastece energa a la red urbana y rural, en un sistema de este tipo la forma geomtrica del alimentador semeja la de un rbol, donde por el grueso del tronco, el mayor flujo de la energa elctrica se transmite por toda una troncal, derivndose a la carga a lo largo de los ramales.

Los alimentadores primarios por el nmero de fases e hilos se pueden clasificar en:

Trifsicos con Tres Hilos. Trifsicos con Cuatro Hilos. Monofsicos de Dos Hilos. Monofsicos de Un Hilo.

7.2.4.5 Troncal.

Troncal, es el tramo de mayor capacidad del alimentador que transmite la energa elctrica desde la subestacin de potencia a los ramales. En los sistemas de distribucin estos conductores son de calibres gruesos 266, 333 y hasta 477 MCM, ACSR (calibre de aluminio con alma de acero), dependiendo del valor de la densidad de carga.

7.2.4.6 Ramal.

La parte final del alimentador primario energizado a travs de un troncal, en el cual van conectados los transformadores de distribucin y servicios particulares suministrados en media tensin. Normalmente son de calibre menor al troncal.

7.2.4.7 Acometida.

Las acometidas son las partes que ligan al sistema de distribucin de la empresa suministradora con las instalaciones del usuario.Las acometidas se pueden proporcionar a la tensin primaria (media tensin) o la tensin secundaria (baja tensin), esto depende de la magnitud de la carga que el usuario requiera ante la empresa suministradora.

7.2.4.8 Nodo.

Punto de interseccin entre 3 o ms ramales de un circuito elctrico.

7.2.4.9 Red Secundaria.

Distribuye la energa desde los transformadores de distribucin hasta las acometidas a los usuarios.En la mayora de los casos estos alimentadores secundarios son circuitos radiales, salvo en los casos de las estructuras subterrneas malladas (comnmente conocidas como redes automticas) en las que el flujo de energa no siempre sigue la misma direccin. Los alimentadores secundarios de distribucin, por el nmero de hilos, se pueden clasificar en:

Monofsico Dos Hilos. Monofsico Tres Hilos. Trifsico Cuatro Hilos.

7.3 SUBESTACIN ELCTRICA.Una subestacin elctrica es usada para la transformacin de la tensin de la energa elctrica. El componente principal (y ms caro) de una subestacin elctrica es el transformador.Las lneas de la subestacin elctrica estn protegidas por equipos principalmente con dos principios de funcionamiento: diferencial de lnea y distancia. En el primer caso se compara la intensidad de ambos extremos de la lnea en cada instante y se comprueba que coincidan, mientras que en el segundo se obtiene la impedancia de la lnea realizando el cociente entre tensin e intensidad para verificar que se encuentre entre unos valores predeterminados.Tambin poseen aparatos de maniobra tanto en carga (interruptores) con o sin carga (seccionadores) y de medida (transformadores de intensidad y de tensin). As mismo es necesario establecer comunicaciones entre las subestaciones que se encuentran en los extremos de las lneas, y sta puede realizarse bien mediante fibra ptica, comunicaciones en alta frecuencia a travs de la misma lnea (onda portadora) o por un enlace de radio.

Figura 7.3.1.- Subestacin Elctrica.

7.4 Equipos Elctricos.

7.4.1 Transformador.

Se denomina transformador a una mquina elctrica que permite aumentar o disminuir el voltaje o tensin en un circuito elctrico de corriente alterna, manteniendo la frecuencia. La potencia que ingresa al equipo, en el caso de un transformador ideal, esto es, sin prdidas, es igual a la que se obtiene a la salida. Las mquinas reales presentan un pequeo porcentaje de prdidas, dependiendo de su diseo, tamao, etc.Los transformadores son dispositivos basados en el fenmeno de la induccin electromagntica y estn constituidos, en su forma ms simple, por dos bobinas devanadas sobre un ncleo cerrado de hierro dulce o hierro silicio. Las bobinas o devanados se denominan primarios y secundarios segn correspondan a la entrada o salida del sistema en cuestin, respectivamente. Tambin existen transformadores con ms devanados; en este caso, puede existir un devanado "terciario", de menor tensin que el secundario.

Figura 7.4.1.1.- Transformadores Monofsico y Trifsico.

7.4.2 Transformadores de Instrumento.

Son dispositivos que modifican y transforman en forma precisa la magnitud de la corriente o tensin de un circuito primario a valores menores, manejables y seguros para su utilizacin en instrumentos que requieran de estas seales para realizar funciones de medicin y proteccin.

7.4.2.1 Transformadores de Corriente (TC).Se utilizan para tomar muestras de corriente de la lnea y reducirla a un nivel seguro y medible, para las gamas normalizadas de instrumentos, aparatos de medida, u otros dispositivos de medida y control. Ciertos tipos de transformadores de corriente protegen a los instrumentos al ocurrir cortocircuitos. Los valores de los transformadores de corriente son:Carga nominal:2.5 a 200 VA, dependiendo su funcin.Corriente nominal:5 y 1A en su lado secundario, se definen como relaciones de corriente primaria a corriente secundaria. Unas relaciones tpicas de un transformador de corriente podran ser: 600/5, 800/5, 1000/5.

Figura 7.4.2.1.1.- TCs Tipo Dona, Barra Corrida y Columna.

7.4.2.2 Transformadores de Potencia (TP).Es un transformadordevanado especialmente, con un primario de alto voltaje y un secundario de baja tensin. Tiene una potencia nominal muy baja y su nico objetivo es suministrar una muestra de voltaje del sistema de potencia, para que se mida con instrumentos incorporados.Adems, puesto que el objetivo principal es el muestreo de voltaje deber ser particularmente preciso como para no distorsionar los valores verdaderos. Se pueden conseguir transformadores de potencial de varios niveles de precisin, dependiendo de qu tan precisas deban ser sus lecturas, para cada aplicacin especial.

Figura 7.4.2.2.1.- TP, Tipo Columna para Alta Tensin.

7.4.3 Restaurador.

Equipos que sirven para reconectar alimentadores primarios de distribucin. Normalmente el 80 % de las fallas son de naturaleza temporal, por lo que es conveniente restablecer el servicio en la forma ms rpida posible para evitar interrupciones de largo tiempo. Para estos casos se requiere de un dispositivo que tenga la posibilidad de desconectar un circuito y conectarlo despus de fracciones de segundo.

Los restauradores son dispositivos auto controlados para interrumpir y cerrar automticamente circuitos de corriente alterna con una secuencia determinada de aperturas y cierres seguidos de una operacin final de cierre apertura definitiva.En caso de que la falla no fuera eliminada, entonces el restaurador opera manteniendo sus contactos abiertos bloqueo. Los restauradores estn diseados para interrumpir en una sola fase o en tres fases simultneamente.

Los siguientes requisitos son bsicos para asegurar la efectiva operacin de un restaurador:1- La capacidad de interrupcin del restaurador deber ser igual o mayor de la mxima corriente de falla.2- La capacidad normal de corriente constante del restaurador deber ser igual o mayor que la mxima corriente de carga.3- El mnimo valor de disparo seleccionado deber permitir al restaurador ser sensible al cortocircuito que se presente en la zona que se desea proteger.

Tabla 7.4.3.1.- Descripciones cortas del restaurador.

Dnde: R = RestauradorP o S = Montaje en Poste o Subestacin M = Microprocesado 110 - 200 = NBAI (Nivel Bsico de Corriente de Impulso) 15.5 - 38 = Tensin Mxima (Kv) 560 = Corriente Nominal (A) 8000 12000 = Capacidad Interruptiva (A)

Figura 7.4.3.2.- Restaurador en Vaco.

7.4.4 Cuchillas de Operacin.

Las cuchillas son los elementos que sirven para seccionar o abrir alimentadores primarios de distribucin, su operacin es sin carga y en excepciones con carga y su accionamiento de conectar y desconectar es diferente dependiendo del tipo de circuito y equipo. Entre ellas se mencionan las ms comunes:

Cuchillas de Operacin en Grupo Manuales. Cuchillas de Operacin en Grupo Tele Controladas. Cuchillas Mono Polares.

Figura 7.4.4.1.- Cuchilla de Operacin.7.4.5 Fusible.

Los fusibles, son dispositivos de proteccin que interrumpen el paso de la corriente elctrica fundindose cuando el amperaje es superior a su valor nominal, protegen transformadores de distribucin y servicios interiores de media tensin contra sobre corriente y corriente de cortocircuito, van colocados dentro del tubo protector de los cortacircuitos fusible.

Figura 7.4.5.1.- Cortacircuitos Fusible.

7.4.6 Seccionador.

Los seccionadores, son elementos que no estn diseados para interrumpir corrientes de cortocircuito ya que su funcin es el de abrir circuitos en forma automtica despus de cortar y responder a un nmero predeterminado de impulsos de corriente de igual a mayor valor que una magnitud previamente predeterminada, abren cuando el alimentador primario de distribucin queda desenergizado, tratndose de la desconexin de cargas se puede hacer en forma manual.En cierto modo el seccionador permite aislar sectores del sistema de distribucin llevando un conteo de las operaciones de sobre corriente del dispositivo de respaldo.Es importante hacer notar que debido a que interrumpe corrientes de corto circuito, no tienen una curva caracterstica de tiempo-corriente por lo que no intervienen en la coordinacin de protecciones, pudindose instalar entre dos dispositivos de proteccin.Por su principio de operacin el medio aislante de interrupcin puede ser aire, aceite o vaco y en cuanto al control es similar al caso de los restauradores o sea puede ser hidrulico, electrnico o electromecnico.Por lo general el registro de las sobretensiones se efecta cuando la corriente a travs del seccionador cae bajo de un valor de alrededor del 40 % de la corriente mnima con que se activa al seccionador.

Figura 7.4.6.1.- Seccionador.

7.4.7 Relevador.

Los relevadores de proteccin son dispositivos que identifican condiciones anormales de operacin del sistema. Estos son ajustados para operar bajo condiciones de falla, abriendo o cerrando contactos propios o de sus auxiliares, para desconectar automticamente los interruptores asociados al equipo fallado. Los relevadores proporcionan una indicacin de su operacin mediante banderas o seales luminosas.Por sus caractersticas de construccin los relevadores de sobre corriente se pueden clasificar como:

Relevadores electromecnicos. Relevadores estticos. Relevadores digitales o micro-procesados.

Figura 7.4.7.1.- Relevador Micro-procesado ABB.

7.4.8 Interruptor.

Los interruptores son dispositivos mecnicos construidos para cerrar o abrir rganos de contacto, cerrando o abriendo de este modo circuitos elctricos en condiciones normales o anormales.

Figura 7.4.8.1.- Interruptores de Potencia en SF6 SIMMENS.

7.5 FALLAS ELECTRICAS.

Las fallas elctricas son la anormalidad de los valores nominales de operacin en un circuito elctrico, que causan efecto y estragos a los conductores, aislamientos, equipos etc.

Figura 7.5.1.- Efectos de Fallas Elctricas.

7.5.1 Tipos de Fallas

Sobretensiones. Sobre corrientes (Cortocircuito). Sobrecargas. Bajo Voltaje Inversin de: flujo, sentido de fases, polaridad. Variacin de Frecuencia.

Tabla 7.5.1.1- Porcentaje de fallas ms concurridas.FallaProbabilidad

Sobre corriente78.5 %

Sobretensiones5 %

Bajo voltaje1 %

Alteracin de frecuencia0.5 %

Inversin de sentido de flujo5 %

Inversin de polaridad / secuencia de fases10 %

7.5.2 Fallas Elctricas por Sobre corriente (Cortocircuito).

Las fallas elctricas por cortocircuito resultan ser las ms concurrentes, estas fallas pueden ser:

Tabla 7.5.2.1.- Porcentaje a fallas de cortocircuito.FALLASPROBABILIDAD

Fase a Tierra (Monofsica)70 80 %

Doble Fase a Tierra17 10 %

Lnea Lnea (Bifsica)10 - 8 %

Trifsica3 2 %

7.5.3 Corrientes Durante Falla de Cortocircuito.

Para efecto de calcular corrientes de cortocircuito en sistemas industriales con impedancias prcticamente reactivas como son los generadores, las normas respectivas han definido tres nombres y valores especficos para la reactancia:

Reactancia Sub-transitoria (Xd).- (0.01 0.1 seg.) Limita la amplitud de la corriente de falla en el primer ciclo despus de ocurrido el cortocircuito, es de 5 -10 veces la corriente nominal permanente.

Reactancia Transitoria (Xd).- (0.5 2 seg.) Limita la corriente de falla despus de varios ciclos de producirse el cortocircuito disminuye hasta llegar entre 2-6 veces la corriente nominal.

Reactancia Permanente (Xd) .- (Despus de 2 seg.) Limita la amplitud de la corriente de falla una vez que se ha alcanzado estado estacionario, la corriente de cortocircuito cae entre 0.5 y 2 veces la corriente nominal.

7.5.4 Causas de Cortocircuito.Es imposible evitar las fallas debido a la gran influencia que rodea los circuitos de las redes elctricas, aqu las causas principales:

Naturales: tormentas, vientos y sismos. Provocadas: accidentes de trfico, vandalismo. Humanas: falsa maniobra, errores de mantenimiento. Animales: roedores y aves. Aislamiento defectuoso por desgaste o vejez. Defectos de instalacin. Error de clculo o de seleccin de aislamiento. Falta de mantenimiento Medio ambiente no contemplado: corrosin, humedad, rayos U.V.

7.5.5 Efectos delas Fallas Elctricas.

Riesgospara la seguridad humana. Interferenciade las Telecomunicaciones. Descompensaciones del sistema. Siniestro de equipos. Afectacin al TIU (Tiempo de Interrupcin al Usuario).

7.6 PROTECCION DE LOS SISTEMAS ELECTRICOS DE POTENCIA.

La proteccin de los sistemas elctricos tiene la funcin de detectar, evaluar y eliminar los defectos elctricos que se presenten en un sistema de potencia, de tal forma que se deje fuera de servicio solo la parte que presenta la falla, tratando de afectar a la menor cantidad de usuarios, asimismo con ello evitar que los defectos se extiendan y afecten a otros elementos del sistema. As tambin tienen como tarea evitar la destruccin de un conjunto de equipos o dispositivos interconectados en una tarea comn por causa de una falla que podra iniciarse de manera simple y despus extenderse sin control en forma encadenada. El sistema de protecciones debe aislar la parte donde se ha producido la falla buscando perturbar lo menos posible la red.

Figura 7.6.1.- Proteccin de los S.E.P.

7.6.1 Caractersticas de los Sistemas de Proteccin por Rels

7.6.1.1 Sensibilidad.

El rel debe ser lo suficientemente sensible para operar en las condiciones de falla mnima que se puedan dar en la parte del sistema que tenga encomendada. En cualquier sistema elctrico,en varias ocasiones en el da y durante las distintas estaciones del ao, la cargapuede variar entre lmitesmuy amplios. Paracubrir estas exigencias cambiantes de la carga solicitada, es preciso poner diferentes combinaciones en la generacin con el fin de atender la demanda de la forma ms adecuada. La condicin de mnima exigencia de generacin es generalmentela quenos vaa definirla sensibilidaddel rel.En estascondiciones,circular porla proteccin la mnima corriente de falta al producirse un cortocircuito y, el rel deber ser lo suficientemente sensible para detectar esa falta.

7.6.1.2 Selectividad.

Este aspecto es importante en el diseo de un SP, ya que indica la secuencia en que los rels actuarn, de manera que si falla un elemento, sea la proteccin de este elemento la que acte y no la proteccin de otros elementos. Asimismo, si no acta esta proteccin, deber actuar la proteccin de mayor capacidad interruptiva, en forma jerrquica, precedente a la proteccin que no actu. Esto significa que la proteccin que espera un tiempo y acta, se conoce como dispositivo de proteccin de respaldo.

7.6.1.3 Seguridad.

La seguridad, se refiere al grado de certeza en el cual un rel no actuar para casos en los cuales no tiene que actuar. Por lo que un dispositivo que no acte cuando no es necesario, tiene un grado de seguridad mayor que otros que actan de forma inesperada, cuando son otras protecciones las que deben actuar.7.6.1.4 Velocidad.

Se refiere al tiempo en que el rel tarda en completar el ciclo de deteccin-accin. Muchos dispositivos detectan instantneamente la falla, pero tardan fracciones de segundo en enviar la seal de disparo al interruptor correspondiente. Por eso es muy importante la seleccin adecuada de una proteccin que no sobrepase el tiempo que tarda en daarse el elemento a proteger de las posibles fallas.

7.6.1.5 Fiabilidad.

Es el grado de certeza con el que el rel de proteccin actuar, para un estado pre diseado. Es decir, un rel tendr un grado de fiabilidad ptima, cuando ste acte en el momento en que se requiere, desde el diseo.

7.6.1.6 Simplicidad y Economa.

Cuando se disea un SP lo primero que se debe tener en cuenta es el costo de los elementos a proteger. Mientras ms elevado sea el costo de los elementos y la configuracin de la interconexin de estos sea ms compleja, el costo de los SP ser de mayor magnitud. A veces el costo de un SP no es el punto a discutir, sino la importancia de la seccin del SEP que debe proteger, lo recomendable es siempre analizar mltiples opciones para determinar cul de ellas es la que satisface los requerimientos de proteccin al menor costo.

7.6.2 Elementos de un Equipo de Proteccin.

Un equipo de proteccion no es solamente la proteccion o rele, propiamiente dicho, sino que incluye a todos aquellos componentes que permiten detectar, analizar y despejar la falla. Los principales elementos que componen un equipo de proteccion son:

Figura 7.6.2.1.- Elementos de un Sistema de Proteccin Elctrica.

7.6.2.1 Batera de Alimentacin.

Es el elemento que garantiza la continuidad del suministro de la energa necesaria para el funcionamiento del equipo de proteccin. La alimentacin del equipo de proteccin no puede realizarse directamente desde la lnea. Si as fuese, una falla que dejase sin alimentacin a una subestacin dejara tambin fuera de servicio a todos los equipos de proteccin ubicados en ella, esto implicara graves consecuencias debido a que es precisamente en condiciones de falla cuando un equipo de proteccin debe actuar.

Por tanto debe alimentar, tanto interruptores como rels con un sistema de alimentacin de energa elctrica independiente del sistema protegido con el fin de garantizar autonoma en la operacin. De esta forma los rels e interruptores puedan efectuar su trabajo sin interferir. Es comn que estos sistemas sean de tensin continua y estn alimentados por bateras o pilas.

7.6.2.2 Seales.

Los datos de entrada a la proteccion o al rele, deben reflejar el estado en que se encuentra el SEP, pero debido a su valor elevado, las tensiones y corrientes existentes en la red no pueden ser utilizadas directamente como seales de entrada al rele, por lo que deben emplearse elementos que las reduzcan a un nivel adecuado.

Lostransformadores de corriente (TCs)y lostransformadores de tensin (TPs), o tambin denominados transformadores de medida para proteccin se pueden entender como una interfaz de ajuste entre el sistema de potencia y los rels de proteccin, en s, reproducen el valor que alimenta su primario para as reducirlo a una magnitud adecuada para la deteccin del rel, y de esta forma la pronta proteccin del sistema.

7.6.2.3 Rele de Proteccin.

El rele de proteccion, usualmente denominado como relevador, es el elemento mas importante del equipo de proteccion. En sentido figurado puede decirse que desemepea la mision de cerebro, ya que es el que recibe la informacion, la procesa, toma las decisiones y ordena la actuacion en uno u otro sentido.Ordenan los disparos en caso de falla y contienen la lgica que deben seguir los interruptores. Se comunican con el sistema de potencia por medio de los elementos de medida y ordenan operar a dispositivos tales comointerruptores,re conectadoresu otros.

Figura 7.6.2.3.1.- Sistema de un Rele.

7.6.2.4 Interruptores Automticos.

El interruptor automtico es el elemento que realiza la apertura o cierre de un circuito, en funcin de interrupcin o restablecimiento del sistema, son gobernados por los rels y operan directamente el sistema de potencia.Son coordinados con otros interruptores de proteccin y permite aislar el punto en que se ha producido la falla, bsicamente consta de:

Circuito de control, que es gobernado por la proteccin correspondiente.

Contactos principales, que al separarse o juntarse implican, respectivamente, la apertura o cierre del interruptor.

Contactos auxiliares que reflejan el estado en que se encuentra el interruptor.

Cmara de extincin, en la que se crea un ambiente de alta rigidez que favorece la extincin del arco elctrico producido por la separacin de los contactos del interruptor, los medios dielctricos ms empleados son el aceite y el SF6 (Hexaflruro de Azufre)

7.6.2.5 Sistema de Comunicaciones.

Es el que permite conocer el estado de interruptores y rels con el fin de poder realizar operaciones de apertura y cierre tele-controlados y analizar el estado del sistema elctrico de potencia segn se requiera. Existen varios sistemas de comunicacin pero entre ellos destaca el SCADA (Control Supervisorio de Adquisicin de Datos).

Figura 7.6.2.5.1.- Comunicacin SCADA por una maestra.

7.6.3 Filosofa de Proteccin.

Se considera esta filosofa solo para equipos de proteccin contra cortocircuito derivado en zonas de proteccin. Esta zona es el rea que circunda o delimita a un equipo protegido, cada equipo incluye sus protecciones locales formadas principalmente por interruptores de potencia, hay 2 grupos de dichos equipos:

Proteccin Primaria. Proteccin Respaldo.

7.6.3.1 Proteccin Primaria.

Es la primera lnea de defensa, al ocurrir una falla en cualquiera de las reas, esta (falla) deber ser eliminada dentro del rea afectada y no debe cundir hacia otras inmediatas anteriores al sentido de flujo de energa.

7.6.3.2 Proteccin de Respaldo.

Solo se da cuando por cualquier motivo la proteccin primaria no llegara a actuar, el rea inmediata anterior deber cubrir la defensa y evitar que trascienda ms all la falla.

Figura 7.6.3.2.1.- Protecciones primaria y de respaldo.Se nombran las reglas bsicas generales de lgica de disparo de las protecciones para mejor efectividad de las mismas.

1. Al ocurrir una falla en una zona de proteccin deben operar todos los interruptores de dicha zona.

2. Al ocurrir una falla en una zona de superposicin deben operar todos los interruptores de ambas zonas.

3. La proteccin de respaldo debe encontrarse en una estacin diferente o distante.

4. El respaldo aplica nicamente para fallas de cortocircuito.

5. Se consideraran los respaldos coordinados entre s, para evitar disparos en cascada (simultneos), con el fin de operar oportunamente a la falla.

7.6.4 Relevadores de Proteccin ms usuales segn la ANSI / IEEE.

Segn la ANSI (American National Standars Institute) y la IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) se clasifican los dispositivos de proteccin segn su funcin, determinados por un nmero del 1 al 99, se presentan los ms usuales:

Rel de Distancia (21)Funciona cuando la admitancia, impedancia o reactancia del circuito disminuyen o aumentan a unos lmites preestablecidos.

Rel instantneo de Sobrecorriente (50)Funciona instantneamente con un valor excesivo de velocidad de aumento de intensidad. Rel Temporizado de Sobrecorriente (51)Tiene una caracterstica de tiempo inverso o de tiempo fijo que funciona cuando la intensidad de un circuito de c.a. sobrepasa un valor dado.

Interruptor (52)Se usa para cerrar e interrumpir un circuito de potencia de c.a. bajo condiciones normales, o para interrumpir este circuito bajo condiciones de falta de emergencia.

Rel Direccional (67)Funciona con un valor deseado de circulacin de sobre intensidad de c.a. en una direccin dada.

Rel de Proteccin Diferencial (87)Funciona sobre un porcentaje o ngulo de fase u otra diferencia cuantitativa de dos intensidades o algunas otras cantidades elctricas.

8.- instalacion y descripcion del software aspen.

8.1 PREMBULO

ASPEN (Advanced Systems for Power Engineering Inc.) es un software creado con la intencin de facilitar los mtodos de anlisis de corto circuito, digitalizacin y coordinacin de las protecciones en los sistemas elctricos de potencia, logrando reducir la demanda en cuanto a tiempo y eficiencia se refiere.

En definitiva este software permite al usuario adquirir parmetros de falla en los puntos de las redes elctricas que se desee con la finalidad de tomarlos como base al coordinar los equipos de proteccin elctrica. Por otro lado ASPEN permite digitalizar todo un sistema elctrico de potencia, as como diferenciar en colores los tipos de voltajes que existen en el mismo. Incorpora gran cantidad de herramientas para su manejo y bases de datos de equipos, tipos de conductores y calibres.Pero, para el propio y adecuado manejo del software se requiere de un manual de aplicacin que instruya al usuario sobre el funcionamiento bsico del ASPENTiene como sustento instrucciones grficas detalladas tanto de instalacin como funciones del programa con la finalidad de adquirir una mejor perspectiva de las funciones del software, inclusin de ejemplos de fallos por cortocircuito y coordinacin de protecciones en los sistemas elctricos de potencia, evaluacin y comparacin de resultados del software con problemas reales planteados en el mbito industrial, con el fin de comprobar la eficiencia del software.

La elaboracin del manual es de fcil comprensin con el propsito de que el usuario adquiera mejor entendimiento al utilizar el software y que su aplicacin sea lo ms provechosa posible.

8.2 FUNCIONALIDAD DEL SOFTWARE

La eficiencia del software habla de ms de 26 aos de servicio en el sector elctrico beneficiando a 52 pases en el mundo, favorecer a todo aquel que quiera usarlo, en Mxico es utilizado por CFE y ha rendido grandes frutos en los diferentes departamentos, debido a sus verstiles aplicaciones y siendo el pionero en cuanto al ramo elctrico se refiere.

8.3 METODOLOGA DE INSTALACIN

8.3.1 Requerimientos Bsicos

Requisitos de hardware1.- Procesador mnimo: Intel Pentium o compatibles.2.- Memoria RAM Mnima: 1 GB3.- Espacio libre en disco duro: 100 MB4.- Color de 1024 x 768 o superior del monitor.5.- Mouse de 3 botones tipo A2.

Requisitos de software1.- Microsoft Windows NT, Windows 2000, XP o Vista.

*Nota.- Si se cumple con los requisitos anteriores se contina con la instalacin del software y se pasa al punto 8.3.2 si se tiene un sistema operativo distinto al XP se procede:

8.3.1.1 Instalacin de VMWare

El VMWare es un programa que crea virtualmente otro sistema operativo dentro del que ya se tiene, en este caso se requiere el Windows XP, se ingresa a la carpeta del disco que dice: VMWare.

Figura 8.3.1.1.1.- Se abre el archivo: VMware-workstation-full-8.0.0-471780.exe.

Figura 8.3.1.1.2.- Se prosigue con la instalacin en Next.

Figura 8.3.1.1.3.- Se selecciona la instalacin Typical o Tpica.

Figura 8.3.1.1.4.- Se evitan prximas actualizaciones.

A todo lo dems se oprime next o continuar para la instalacin del programa.

Figura 8.3.1.1.5.- Instalacin terminada.

8.3.1.2 Instalacin de Windows XP.

Instalado el programa se contina a instalar el Windows XP de la siguiente manera:

Figura 8.3.1.2.1.- Dentro de la barra de inicio abrimos el VMware Player.

Figura 8.3.1.2.2.- Creamos una nueva mquina virtual.

Figura 8.3.1.2.3.- Buscamos el archivo WindowsXP.iso en nuestro disco de instalacin, dentro de la carpeta: VMWare/Windows XP.

Figura 8.3.1.2.4.- Se selecciona y oprime Abrir.

Figura 8.3.1.2.5.- Se contina la instalacin en Next.

Figura 8.3.1.2.6.- Se requiere la clave del Windows XP, se encuentra dentro de la misma carpeta: VMWare/ Windows XP/ key WINDOWS XP.txt.

Figura 8.3.1.2.7.- Se copia la clave, se nombra Windows Full namey se oprime next a todo.

Figura 8.3.1.2.8.- Se instala Windows XP automticamente.

Figura 8.3.1.2.9.- Continua la instalacin, tarda varios minutos.

Figura 8.3.1.2.10.- Completa la instalacin, inicia Windows XP.

8.3.2 Instalacin de Software (ASPEN).

Se abre la carpeta nombrada: ASPEN XP del disco de instalacin, se copian las 3 carpetas en la raz del disco duro, por ejemplo en la unidad (C:) o (D:) del sistema operativo Windows XP (original o virtual).

Figura 8.3.2.1.- Se traspasan las 3 carpetas a la raz del disco duro.8.3.2.1 Primera Etapa.

Se comienza con la primera carpeta nombrada: 01 ASPEN_Oneliner.

Figura 8.3.2.1.1- Se abre el archivo setup_onliner dentro de la carpeta.

Figura 8.3.2.1.2.- Prosigue la instalacin oprimiendo Next.

Figura 8.3.2.1.3.- Se continua next.

Figura 8.3.2.1.4.- Se selecciona N/A y despus next.

Figura 8.3.2.1.5.- Comienza la Instalacin.

Terminada la instalacin, se agrega la base de datos de calibres y conductores, de la siguiente forma:

Figura 8.3.2.1.6.- En la parte seleccionada: Transmision Line Table se oprime Browse.

Figura 8.3.2.1.7.- Se localiza el archivo Lineas2.ltb dentro de la primera carpeta de instalacin 01 ASPEN_Oneliner y se oprime abrir.

Figura 8.3.2.1.8.- Queda registrada la base de datos y posteriormente se oprime Save Setup, para guardar los datos.

Figura 8.3.2.1.9.- Los parmetros han sido guardados.

Figura 8.3.2.1.10.- Instalacin Completada.

Figura 8.3.2.1.11.- Aparecen automticamente los dirvers del software para su ingreso, se oprime next a todo.

Figura 8.3.2.1.12.- Instalacin Completada.

Figura 8.3.2.1.13.- Se reinicia manualmente el sistema.

8.3.2.2 Segunda Etapa.

Despus de reiniciar el sistema se ingresa a la segunda carpeta: 02 HASP4_HASPHL522_drivers for xp

Figura 8.3.2.2.1.- Se abre el archivo: Install

Figura 8.3.2.2.2.- Se pincha aceptar a todo.

Figura 8.3.2.2.3.- Por ltimo se oprime Enter o cualquier letra

Figura 8.3.2.2.4.- Se reinicia manualmente el sistema.

8.3.2.3 Tercera Etapa.

Despus de reiniciar el sistema se ingresa a la tercera carpeta: 03 Emul.

Figura 8.3.2.3.1.- Se abre el archivo Install.

Figura 8.3.2.3.2.- Por ltimo se oprime Enter o cualquier letra.

Figura 8.3.2.3.3.- Se reinicia manualmente el sistema.

Figura 8.3.2.3.4.- Se crea en el escritorio la carpeta: ASPEN V10 y se ingresa.

Figura 8.3.2.3.5.- Se localiza el archivo OneLiner y se crea un acceso directo.

Figura 8.3.2.3.6.- Se abre el acceso directo OneLiner del escritorio y listo.

8.4 DESCRIPCIN DE PANTALLA PRINCIPAL.

Al iniciar el ASPEN aparecen una serie de ventanas e iconos a utilizar, unas habilitadas y otras inhabilitadas, esto es porque an no existe ningn circuito o red diseada con el cual el programa trabaje.Primeramente se describir en forma general la pantalla principal, y posteriormente a detalle sus funciones ms importantes.

Figura 8.4.1.- Ventanas generales y barra de herramientas.

Figura 8.4.2.- Ventanas generales del ASPEN.

Figura 8.4.3.- Barra de herramientas del ASPEN.

8.5 DESCRIPCIN DE FUNCIONES PRINCIPALES.

A continuacin se explicaran a detalle las funciones ms importantes del ASPEN, esto con la finalidad de priorizarlas para obtener un mayor provecho de sus funciones ms esenciales.

8.5.1 File (Archivo)

Figura 8.5.1.1.- Funciones de la ventana File.

8.5 .1.1 Nuevo.

Crea un nuevo sistema partiendo desde su potencia base, por default el ASPEN propone 100 MVAs, pero se ingresa el valor que se desee.

Figura 8.5.1.1.1.- Ventana emergente al crear un Nuevo sistema.8.5 .1.2 Abrir Archivo Binario de Datos.

Esta sub-ventana es para abrir los sistemas ya creados y guardados en la PC con formato (*.olr), se muestra un ejemplo:

Figura 8.5.1.2.1.- Seleccin de cualquiera de los 3 archivos.

Figura 8.5.1.2.2.- Muestra el sistema de potencia abierto.

8.5.1.3 Comentarios del Archivo.

Esta funcin ayuda para realizar anotaciones del archivo, detalles, pendientes y principalmente recordatorios que de igual forma se guardaran al salvar el archivo.

Figura 8.5.1.3.1.- Ventana para ingresar cualquier cantidad de notas.

8.5.1.4 Estadsticas.

Esta funcin expresa en forma general el tipo y la cantidad de equipos, lneas, buses, generadores, interruptores, anotaciones, reas, transformadores, entre otros, que hay en todo el sistema de potencia en el que se est trabajando.La relacin se extiende en 2 categoras:

1. Red y Objetos Grficos.2. Equipos de Proteccin.

Figura 8.5.1.4.1.- Ventana expresando las estadsticas del sistema.8.5.1.5 Unir los Archivos.

Esta funcin como lo indica, une 2 archivos grficamente para su estudio simultneo, con la finalidad de agruparlos en un solo sistema, enlazando o interconectando los sistemas como el usuario lo desee.

Figura 8.5.1.5 .1.- Se localiza el archivo a unir con el ya abierto.

Figura 8.5.1.5.2.- Los sistemas se agregan en un solo plano para su interconexin.

8.5.1.6 Imprimir Diagrama Unifilar.

De igual forma se realiza la configuracin necesaria para imprimir un diagrama unifilar, mrgenes, opciones, escala del diagrama, tamao de hoja, entre otras.

Figura 8.5.1.6.1.- Ventana para configuracin de impresin de un diagrama unifilar.

8.5.1.7 Exportar Diagrama Unifilar.

Exporta el diagrama unifilar general del S.E.P. a un formato de imagen (*.WMF).

Figura 8.5.1.7.1.- Se exporta a cualquier ubicacin que se apetezca.

Figura 8.5.1.7.2.- Archivo exportado en formato de imagen (*.WMF).

8.5.2 Network (Red).

Figura 8.5.2.1.- Funciones de la ventana Network.

8.5.2.1 Propiedades.

Esta funcin logra adquirir las propiedades de las lneas o buses ya creados del sistema de potencia, con la ventaja de ser editadas a conveniencia.

Se puede seleccionar una red o un bus del sistema simplemente dando doble click izquierdo sobre la lnea, esta cambiara automticamente a una lnea punteada de color rojo, lo que indica que se seleccion adecuadamente.

Figura 8.5.2.1.1.- Se selecciona un segmento de la red para abrir sus propiedades.

Figura 8.5.2.1.2.- Otra forma es un click derecho sobre la lnea a editar y posteriormente seleccionar propiedades.

Figura 8.5.2.1.3.- Ventana principal de propiedades de la seccin de red elegida.

Los datos en la parte superior de la ventana de propiedades sealan desde que bus hasta que bus se encuentra limitada la lnea seleccionada.

Figura 8.5.2.1.4.- Desde el bus 333 hasta el bus 340 ambos de 13.8 Kv.

Figura 8.5.2.1.5.- Los buses que sostienen la red en forma de nodos.

Se puede renombrar la lnea si se desea para una mejor localizacin de la misma al iniciar su bsqueda.

Figura 8.5.2.1.6.- Se edita el nombre de la lnea a conveniencia.

Se puede editar la longitud de la lnea, ya sea tomando como referencia el sistema mtrico decimal o ingls.

Figura 8.5.2.1.7.- Se selecciona la unidad de medida y el valor de la lnea.

Figura 8.5.2.1.8.- Se selecciona el calibre a emplear en la lnea.

Se elige el calibre de la lnea a conveniencia, por ejemplo: 14TCRAC47719

14T: Numero de Asignacin CRAC: Conductor de Aluminio Reforzado de Acero 477: Calibre MCM 19: La cantidad de hilos por conductor

Al cambiar los parmetros de distancia y calibre de la lnea, se alteran los valores de resistencia y reactancia en secuencia positiva y cero de la lnea, por lo que para actualizar los parmetros se debe volver a calcular la tabla en el recuadro de la siguiente figura.

Figura 8.5.2.1.9.- Se actualizan los valores de la tabla oprimiendo el recuadroRecompute From Table.

*Nota.- Si solo se desea cambiar los parmetros de resistencia y reactancia cuales quiera para las secuencias positiva y cero sin tomar en cuenta el calibre ni la longitud de lnea, no se oprime Recompute from table solo se oprime ok y se guardaran los valores previamente agregados.

Figura 8.5.2.1.10.- De igual forma con las lineas se pueden abrir laspropiedades de los buses.

Figura 8.5.2.1.11.- Ventana principal de propiedades para un bus seleccionado.

Se pueden editar datos del bus seleccionado, tales como; su nombre, nmero de bus, localizacin, y la definicin de un nmero de rea y zona para su mejor bsqueda.

Figura 8.5.2.1.12.- Datos del bus.

Se puede seleccionar el tipo de bus ya sea en derivacin o como punto medio de un transformador, o simplemente un bus sencillo, como se muestra en la figura.

Figura 8.5.2.1.13.- Recuadro Bus Type.

El tipo de smbolo es de gran importancia, se pueden crear buses en forma de nodo o en barra tipo horizontal o vertical, esto para priorizarlos en el diseo de la red, tambin aparece la opcin de mostrar su nombre y tipo o no mostrarse en el diagrama unifilar.

Figura 8.5.2.1.14.- Recuadro Symbol Style.

Se pueden colocar coordenadas en el plano para una mejor localizacin as como la asignacin de un grupo de subestacin, todo esto con la finalidad de organizar los buses y equipos del sistema de potencia.Es posible agregar comentarios del bus para referenciar y diferenciar las funciones de cada uno.

Figura 8.5.2.1.15.- Comentarios e ingreso de Coordenadas.La pestaa adyacente a las propiedades del bus muestra al usuario las propiedades de equipos anexos al bus, tales como interruptores, relevadores, fusibles, restauradores, etc. Esto se explicara ms adelante.

Figura 8.5.2.1.16.- Propiedades de la pestaa Breaker Data

8.5.2.2 Opciones.

Estas opciones afectan tanto al corto circuito como al flujo de potencia, por lo que los valores nominales al crear un nuevo sistema no debern de ser cambiados.

Figura 8.5.2.2.1.- Ventana principal Network Options8.5.2.3 Nuevo.

Para agregar nuevos dispositivos a la red de mejor forma, se requiere abrir la funcin Device Palette de la barra de herramientas de la siguiente manera:

Figura 8.5.2.3.1.- Icono Paleta de Dispositivos de la barra de herramientas.

Figura 8.5.2.3.2.- Ventana Paleta de Dispositivos.

8.5.2.3.1 Generador

Para crear un nuevo generador se oprime el icono mencionado de la ventana Device palette indicado anteriormente y se da click en el plano del sistema donde se desea colocar el nuevo generador, cabe mencionar que tambien se puede crear encima de un bus pero solo y exclusivamente un bus por generador.Si no se tiene los KV nominales para el generador, aparecera automaticamente la siguiente ventana donde se ingresaran los KV.

Figura 8.5.2.3.1.1.- KV nominales del generador.

Posteriormente aparece la ventana de informacin bsica del generador, aqu se dan ajustes y se ingresan los valores del generador: potencia activa, reactiva y aparente e impedancias transitorias y sub-transitorias, as como las de las secuencias positiva, negativa y cero, entre otros datos generales del nuevo generador.

*Nota.- La opcin ID significa el nmero de identificacin que automticamente agrega el ASPEN al nuevo dispositivo, en este caso el nmero de generadores creados.

Figura 8.5.2.3.1.2.- Propiedades del Generador.Despus de ingresar los datos generales se ajusta si se desea poner en servicio o no el generador, as como volver a editar los datos.

Figura 8.5.2.3.1.3.- Datos del Generador.

Despus se oprime Done y aparecer el generador nuevo en el sistema.

Figura 8.5.2.3.1.4.- Generador creado anexado a un bus de 13.8 KV

8.5.2.3.2 Bus

Para agregar un bus al sistema es necesario pinchar el smbolo antes mencionado y oprimir click en cualquier parte del sistema, posteriormente aparecern las propiedades del bus, las cuales podrn ser modificadas a conveniencia, esta ventana ya se explic anteriormente en el punto 8.5.2.1 de propiedades, despus de haber agregado la informacin correctamente el bus aparecer en el diagrama.

8.5.2.3.3 Derivacin Conmutada

De igual forma se puede crear una derivacin conmutada con el icono anterior, solo se puede tener una derivacin por bus y cada una puede tener hasta ocho bancos de condensadores y reactores.Despus de crear una derivacin se escoge el tipo de control y los datos de los bancos de capacitores o reactores, segn el valor agregado de susceptancia se tomara el banco, ya sea positivo para un capacitor o negativo para un reactor.

Figura 8.5.2.3.3.1.- Informacin General de la Derivacin.

Figura 8.5.2.3.3.2.- Derivacin Conmutada del Sistema.

8.5.2.3.4 Derivacin

Funcion parecida a la anterior, especificando los valores de admitancia y susceptancia para las secuencias positivas y cero, los valores positivos seran para capacitores y negativos para los reactores.

Figura 8.5.2.3.4.1.- Datos de la derivacin ya sea reactor o capacitor.

Figura 8.5.2.3.4.2.- Derivacin anexada a un bus.

8.5.2.3.5 Lnea

Para agregar una nueva linea se oprime el icono anterior y se da un click (sin soltar el boton) desde el lugar donde partir la nueva linea hasta donde se desee, posteriormente aparecera una ventana donde se deberan ingresar los datos generales de la linea, esto; ya explicado en el punto 8.5.2.1 propiedades, cabe mencionar que al crear una linea, automaticamente se crea 1 bus a cada extremo de la linea generada.

Figura 8.5.2.3.5.1.- Lnea creada en el sistema.

8.5.2.3.6 Carga

De igual forma se puede crear una carga con el icono anterior en cualquier punto del plano que se desee, automticamente se deben ingresar nicamente los datos MW y MVAR consumidos por la unidad de carga cuando el voltaje es de 1.0 por unidad en la seccin Constant Power, se muestra figura 8.5.2.3.6.1.

Figura 8.5.2.3.6.1.- Propiedades de la carga creada.

Figura 8.5.2.3.6.2.- Datos de la carga.

Figura 8.5.2.3.6.3.- Carga creada en el sistema.

8.5.2.3.7 Transformador

Para crear un transformador se pincha el icono y se clickea (sin soltar el boton) desde el lugar donde sera alimentado (primario) hasta el lugar que alimentara (secundario), es necesario conectar su lado primario con una fuente generadora (generador).

Se deben agregar los voltajes para el lado primario y secundario del transformador.

Figura 8.5.2.3.7.1.- Voltajes para el transformador.

Posteriormente se deben ingresar los valores del transformador: capacidades para cada tipo de paso, resistencia y reactancia para las secuencias positiva y cero, asi como el tipo de conexin, entre otras. Se muestra en la figura 8.5.2.3.7.2.

Figura 8.5.2.3.7.2.- Datos generales del Transformador.

Figura 8.5.2.3.7.3.- Transformador en el sistema.

8.5.2.3.8 Lnea CD

Esta funcin genera un lnea de CD a partir de una lnea de CA, se clickea el icono y posteriormente se pincha sobre el plano donde se desea generar la lnea de CD.

8.5.2.3.9 Transformador con 3 Devanados

De igual forma se selecciona el icono anterior y se da click sobre el plano (sin soltar el boton) donde se desee.Se ingresan los valores de voltaje para el primario y los secundarios del transformador.

Figura 8.5.2.3.9.1.- Voltajes del transformador.

De igual forma se deben ingresar los datos generales del transformador, en este caso los datos para cada derivacin.

Figura 8.5.2.3.9.2.- Datos generales del transformador.

Figura 8.5.2.3.9.3.- Transformador en el plano.

8.5.2.3.10 Cambio de Fase

Esta funcin realiza un cambio de fase de un segmento de lnea o de un bus a otro bus, se oprime el icono y posteriormente se ejecuta la funcin sobre el plano donde se desea hacer el cambio de fase.

8.5.2.3.11 Capacitor / Reactor en Serie

De igual forma se da click sobre el icono anterior y se crea sobre el sistema donde se desee (sin soltar el botn).Se ingresan los datos generales como valores de reactancia y resistencia en P.U. del capacitor/reactor, ser capacitor si sus valores son negativos y reactor si son positivos, se muestra en la figura 8.5.2.3.11.1.

Figura 8.5.2.3.11.1.- Datos generales Capacitor/Reactor.

Figura 8.5.2.3.11.2.- Capacitor/Reactor en el plano.

8.5.2.3.12 Cuchilla

Esta funcion sirve para conectar o desconectar sectores de la red, se nombra y posteriormente se selecciona si se desea que este abierta o cerrada.

Figura 8.5.2.3.12.1.- Datos de la nueva cuchilla.

Figura 8.5.2.3.12.2.- Cuchilla en el plano, en este caso abierta.8.5.2.3.13 Anotacin

Con esta funcin es posible agregar al sistema una nota o algn comentario en cualquier parte del plano, con un mximo de 500 caracteres y con la opcin de elegir el color de la misma.

Figura 8.5.2.3.13.1.- Ventana para agregar alguna nota.

8.5.2.14 Fuera de Servicio.

Esta funcin logra poner fuera de servicio cualquier elemento que se desee, tanto un segmento de red, bus, transformador, etc. Expresndose con una lnea punteada como se muestra en la figura.

Figura 8.5.2.14.1.- Segmento de red fuera de servicio.8.5.2.15 Puesta en Servicio.

Con esta funcin se vuelve a poner en servicio el elemento seleccionado, regresando a su forma original.

Figura 8.5.2.5.1.- Lnea puesta en servicio.

8.5.3 Diagram (Diagrama).

Figura 8.5.3.1.- Funciones de la ventana Diagram.

8.5.3.1 Opciones.

Esta funcin es capaz de configurar el diagrama para una mejor interpretacin segn sea el caso; se expresa el diagrama ya sea a color o en blanco y negro, en que unidad de tiempo correr el software, simbologa, si se desea nombrar o numerar los buses, ocultar anotaciones o buses, colocar la unidad de medida de preferencia y tambin poder cambiar el nmero de letra en el diagrama.

Figura 8.5.3.1.1.- Ventana de opciones del diagrama.

8.5.3.2 Cdigo de Color por KV.

Con esta funcin se selecciona un cdigo por color para cada rango de voltaje (KV) en el diagrama, con la capacidad de ser editado a conveniencia.

Figura 8.5.3.2.1.- Ventana de seleccin de colores por rango de voltaje.8.5.3.3 Smbolo del Bus.

Con esta funcin se cambia el smbolo del bus a placer, si se desea una barra horizontal, vertical, opcin para girarla, as como alargarla o acortarla, o simplemente un punto. 8.5.3.4 Ocultar / Mostrar Buses.

Con esta funcin es posible esconder buses del diagrama, as como mostrarlos cuando se desee, con la finalidad de fraccionar el diagrama.

Figura 8.5.3.4.1.- Al ocultar un bus.

Figura 8.5.3.4.2.- Al mostrar un bus.

8.5.3.5 Ocultar / Mostrar rea o Zona.

Esta opcin es capaz de ocultar toda una zona o rea y volverla aparecer, esto para identificar zonas y reas.

Figura 8.5.3.5.1.- reas y zonas del sistema a ocultar.

8.5.3.6 Insertar Lnea Torcida.

Se puede cambiar una lnea creada a una lnea torcida, esto se hace prcticamente para fines de identificacin.

Figura 8.5.3.6.1.- Lnea torcida en la red.

8.5.4 View (Ver).

Figura 8.5.4.1.- Funciones de la ventana View.

8.5.4.1 Buscar Bus por su Nombre.

Funcin que permite buscar un bus en el diagrama de acurdo a su nombre ingresado al crearse dicho bus, se puede ingresar a esta funcin oprimiendo F.

Figura 8.5.4.1.1.- Ventana para localizar un bus por su nombre.

Posteriormente de haber localizado el bus se clickea OK y el software lo sealara grficamente con una flecha en verde, se muestra en la figura 8.5.4.1.2.

Figura 8.5.4.1.2.- Bus localizado y sealado por el software.

8.5.4.2 Buscar Bus por su Nmero.

De igual forma se localiza el bus pero a diferencia que se localizar segn su nmero, su acceso directo es oprimiendo A.

Figura 8.5.4.2.1.- Ventana para localizar un bus por su numero

8.5.4.3 Buscar Anotacin.

Esta funcin busca las anotaciones o notas anexadas al diagrama, se puede localizar por su nombre o ingresando algunas palabras que contenga.

Figura 8.5.4.3.1.- Ventana para localizar anotaciones.

8.5.4.4 Ir al Final del Bus.

Esta funcin se utiliza cuando las lneas son largas y es necesario llegar al final o al principio de la lnea, posiciona directamente a cualquier extremo de la lnea seleccionada con el acceso directo E.

Figura 8.5.4.4.1.- Un extremo de la lnea.

8.5.4.5 Plano Unifilar.

Esta funcin regresa en su forma natural al plano unifilar; cuando se desea observar las impedancias, longitudes, zonas o reas del plano, de preferencia se debe volver al plano original con esta funcin.

Figura 8.5.4.5.1.- Plano unifilar natural del software.

8.5.4.6 Impedancias del Plano Unifilar.

Con esta funcin se visualiza en forma general cada impedancia de cada lnea o dispositivo del plano.

Figura 8.5.4.6.1.- Impedancias del plano.

8.5.4.7 Longitudes por Lnea del Plano Unifilar.

De igual forma con esta funcin se expresan las longitudes de cada lnea correspondiente al plano unifilar.

Figura 8.5.4.7.1.- Longitudes de lnea del plano.

8.5.4.8 reas y Zonas del Plano Unifilar.

Esta funcin identifica y seala cual rea y zona es correspondiente a cada seccin del plano, puramente para fines de identificacin.

Figura 8.5.4.8.1.- reas y Zonas del plano.

8.5.5 Relay (Rel).

Figura 8.5.5.1.- Funciones de la ventana Relay.

8.5.5.1 Opciones.

Esta ventana permite especificar y modificar los datos conforme al tipo de relevador a utilizar, ya sea de sobre corriente el cual se puede ignorar las unidades instantneas y/o extrapolar las curvas a 1.0 veces el ajuste de arranque, o tambin para el rel de distancia en el que se especifica cuatro porcentajes distintos, que se utilizarn cuando se muestra la impedancia de secuencia positiva de la lnea. Tambin puede especificar el tiempo de funcionamiento del rel y reportarlo en la ventana de informe TTY.

Figura 8.5.5.1.1.- Ventana de opciones para el rel.

8.5.5.2 Nuevo Grupo de Rel.

Esta funcin crea un grupo de rel en un sector de la red donde se desee agregar, ya sea en una lnea o un transformador.

Figura 8.5.5.2.1.- Ventana de propiedades de los rels.

Con la pestaa agregar es posible aadir a la red cualquier rel o equipo de proteccion a elegir. Ya sean relevadores de sobrecorriente para fase y neutro y relevadores de distancia para fase y neutro, asi como un fusible o un restaurador, se muestra en la figura 8.5.5.2.2.

Figura 8.5.5.2.2.- Ventana para agregar equipos de proteccin a la red.

Al seleccionar un equipo de proteccin se deben ingresar los datos necesarios para que el dispositivo opere, tales como el tipo de conexin, el time dial, el pickup, la curva de proteccin, entre otros. Tanto para el temporizado como para el instantneo (en caso que sea relevador por sobre corriente) Se muestra la ventana en la figura 8.5.5.2.3.

Figura 8.5.5.2.3.- Ventana de datos del rel.Al seleccionar los datos del rel o equipo de proteccin se encuentra la pestaa de curvas, aqu se encuentra la base de datos de las curvas para las diferentes marcas, tales como ABB, Cooper, Simmens, Nu-Lec, G&E, entre muchas otras.Los datos especficos de cada curva se muestran del lado derecho de la ventana 8.5.5.2.4

Figura 8.5.5.2.4.- Base de datos para las curvas de proteccin.

8.5.5.3 Propiedades.

En la figura 8.5.5.3.1 se exponen 2 pestaas: la primera datos del rel muestra las propiedades del grupo de rel seleccionado, en esta ventana es posible agregar, cambiar o retirar equipos de proteccin al grupo de rel, as como visualizar o cambiar la curva seleccionada.La segunda esquemas de proteccin muestra las protecciones primarias y respaldo que existen para cada grupo de rel, esto se ve en el punto 8.5.5.9.

Figura 8.5.5.3.1.- Propiedades de los rels.

8.5.5.4 Ver Curvas del Rel.

Esta opcin es un acceso directo para ver las curvas del rel, en la figura 8.5.5.4.1 se muestran los equipos que contiene el grupo de rel seleccionado para visualizar la curva que se desee, se selecciona el grupo de rel y se oprime C para ver las curvas de proteccin.

Figura 8.5.5.4.1.- Curvas de proteccin de los equipos.

Posteriormente se muestra la curva de proteccin seleccionada para el equipo correspondiente, esta se muestra en una tabla logartmica en funcin de tiempo-corriente.

Figura 8.5.5.4.2.- Ventana de curva de proteccin.

8.5.5.5 Coordinacin de Protecciones.

Esta funcin se utiliza para coordinar protecciones entre los equipos, para esto es necesario seleccionar 2 grupos de rel como muestra la figura 8.5.5.5.1 pulsando shift y posteriormente los grupos de rel.

Figura 8.5.5.5.1.- Seleccin de 2 grupos de rels a coordinar.

Despus se oprime la funcin o el acceso directo Q por lo que aparecer una ventana de confirmacin entre esos 2 grupos de rels.

Figura 8.5.5.5.2.- Ventana emergente de confirmacin.

En la ventana de propiedades de un grupo de rel, en la pestaa esquemas de proteccin se puede visualizar cual grupo de rel respalda a cual. Se muestra en la figura 8.5.5.5.3.

Figura 8.5.5.5.3.- Ventana de esquemas de proteccin.

Al visualizar las curvas de un grupo de rel, es posible agregar las curvas de proteccin del otro grupo de rel coordinado, se muestra en la figura 8.5.5.5.4.

Figura 8.5.5.5.4.- Funcin para agregar curvas de otro grupo de rel.

Posteriormente con la funcin de la figura 8.5.5.5.5 se selecciona las curvas del grupo a agregar ya sea proteccin primaria o secundaria.

Figura 8.5.5.5.5.- Curvas a agregar al grupo de rel.

Posteriormente aparecen las curvas de los 2 grupos de rel seleccionados.

Figura 8.5.5.5.6.- Curvas de los grupos de rels coordinados.

8.5.6 Faults (Fallas).

Figura 8.5.6.1.- Funciones de la ventana Faults.

8.5.6.1 Especificar Fallas Clsicas.

Esta funcin permite simular una falla elctrica de corto circuito dentro de cualquier punto de la red, ya sea Fase-Fase, Fase-Tierra, 2 Fases-Tierra o Trifsica, el acceso directo a la simulacin se logra al oprimir S o bien en la barra de herramientas que se explicara ms adelante.En la figura 8.5.6.1.1 se muestra la ventana de simulacin de fallas nicamente al simular una falla en un bus de la red, se muestra el tipo de falla, impedancia de falla (esto cuando la falla no es totalmente pura), as como especificar si una lnea estar en contingencia o no al momento de la falla (Outage).

Figura 8.5.6.1.1.- Simulacin de falla para un bus de la red.Posteriormente al simular la falla se expresa en el sistema el punto de la falla y el valor de la corriente de corto circuito (Icc).

Figura 8.5.6.1.2.- Falla representada en el sistema.

Para mostrar el reporte de la falla se oprime el icono TTY de la barra de herramientas, en esta ventana se visualizan parmetros tales como: impedancias del sistema para las secuencias positiva, negativa y cero, voltajes de falla, corrientes de falla, entre otros.

Figura 8.5.6.1.3.- Ventana de reporte de fallas o TTY.

En la figura 8.5.6.1.4 se muestra la ventana de simulacin de fallas nicamente al simular una falla en una lnea de la red, de igual forma se muestra el tipo de falla, el porcentaje de la lnea donde se desea simular la falla, impedancia de falla, as como si la lnea estar en contingencia o no al momento de la falla en:

Close -in fault: Una falla inmediatamente enfrente del relevador seleccionado. Close -in fault with end opened: Una falla inmediatamente enfrente del relevador seleccionado con el extremo remoto desconectado. Remote -bus fault: Falla en el Bus del extremo de la lnea. Line -end fault: Falla al final de la lnea con el extremo abierto Intermediate fault: Falla dentro de la lnea. La localizacin de la falla se especifica en porciento de la lnea. Intermediate fault with end opened: Falla dentro de la lnea con el extremo abierto, la localizacin de la falla se especifica en porciento.

Figura 8.5.6.1.4.- Simulacin de falla para una lnea de la red.

Se expresa el valor de la falla en el diagrama segn el porcentaje de la linea seleccionado, del mismo modo si se desea se puede visualizar el reporte de la falla en la ventana TTY de la barra de herramientas.

Figura 8.5.6.1.5.- Falla representada en el sistema.

8.5.6.2 Especificar Fallas Simultneas.

Esta opcin simula hasta 10 fallas simultneas en diferentes sectores del sistema para analizar cualquier combinacin de cambios en la topologa de la red y cortocircuitos simultneamente.Se oprime la funcin, si anteriormente se han simulado fallas entonces aparecer una lista conteniendo las especificaciones de estas ltimas. Si an no se ha simulado ninguna falla, entonces la lista aparece vaca. Posteriormente se oprime Add.

Figura 8.5.6.2.1.- Simulacin de fallas simultneas.

En la ventana de la figura 8.5.6.2.2 se muestran las especificaciones de las fallas a agregar, la ubicacin, el tipo de falla, la impedancia de falla, seleccin del bus o lnea, etc., de esta forma se aaden a la simulacin la cantidad deseada de fallas a simular.

Figura 8.5.6.2.2.- Especificacin de fallas simultaneas.

Posteriormente se muestra la lista de fallas simultneamente.

Figura 8.5.6.2.3.- Lista de fallas simultaneas.8.5.6.3 Mostrar Fasores.

Al simular una falla de cualquier tipo es posible visualizar y analizar sus fasores de voltaje y corriente, se expresan los valores de voltaje y corriente durante la falla para una falla fase-fase o fase-tierra, as como el clculo de la impedancia de falla para los 2 tipos de falla.

Figura 8.5.6.3.1.- Ventana de fasores.

8.5.6.4 Solucin del Reporte

Esta funcin permite cambiar algunos puntos con respecto al reporte de falla TTY, tales como si desea que el valor de falla sea en P.U. (por unidad) o en valor fsico (amperes), el formato del reporte, ediciones, etc.

Figura 8.5.6.4.1.- Ventana solucin de reporte para simulacin de fallas.

8.5.6.5 Opciones.

Esta funcin permite modificar las opciones para la simulacin de fallas, asumir el voltaje prefalla en P.U, ignorar cargas, admitancia y susceptancia de las lneas, derivaciones, tipo de impedancia del generador, entre otros.

Figura 8.5.6.5.1.- Ventana Opciones para la simulacin de fallas.8.5.7 Check (Comprobar).

Figura 8.5.7.1.- Funciones de la ventana Check.

Las funciones de la ventana check ayudan a comprobar los datos ingresados en cada equipo, coordinacin, mnimo pickup, anomalas de la red, entre otras. De esta forma se generan los datos y registros de la comprobacin deseada apareciendo el reporte correspondiente con o sin anomalas en la ventana TTY.

8.5.8 Tools (Herramientas).

Figura 8.5.8.1.- Funciones de la ventana Tools.

Las opciones de esta funcin son expuestas anteriormente, tanto para el ingreso de la base de datos, como posteriormente se explica algunas funciones en la barra de herramientas.8.5.9 Help (Ayuda).

Figura 8.5.9.1.- Funciones de la ventana Help.

Esta funcin realiza la apertura de contenidos de ayuda para el desarrollo y funcionalidad del software, guas de apoyo e instrucciones ms completas acerca del ASPEN.

8.6 DESCRIPCIN DE LA BARRA DE HERRAMIENTAS.

Ubicada inmediatamente debajo de los mens principales, est integrada de iconos o accesos directos para un nmero de comandos de uso frecuente, tales como la aplicacin de un fallo, paleta de dispositivos, corrientes de falla o ver las caractersticas del rel. A continuacin se indica cada acceso directo.

Figura 8.6.1.- Barra de herramientas.

Nuevo. Abrir Archivo de Binario de Datos. Guardar Archivo. Deshacer. Buscador de Datos. Especificar Fallas Clsicas. Especificar Fallas Simultneas. Mostrar Solucin de Fallas. Mostrar Fallo para la Secuencia Cero. Mostrar Fallo para la Secuencia Positiva. Mostrar Fallo para la Secuencia Negativa. Mostrar Fallo para la Fase A. Mostrar Fallo para la Fase B. Mostrar Fallo para la Fase C. Mostrar Fallo en el Tiempo Real. Muestra la Primer Falla Simulada. Muestra la Anterior Falla Simulada. Muestra la Siguiente Falla Simulada. Muestra la ltima Falla Simulada. Ejecutar Secuencias de Comandos. Paleta de Dispositivos. Ventana TTY. Ventana de Curvas del Rel.Zoom del Plano.9.- EJERCICIO DE CORTO CIRCUITO (Distribucin).

9.1 CALCULO MATEMATICO

Determinar las fallas Trifsica, Fase a Fase y Fase a Tierra en los nodos B1 y B4 del sistema elctrico radial que a continuacin se presenta y posteriormente comprobar los resultados con el software ASPEN.

Figura 9.1.1.- Sistema Elctrico Radial.

DATOS:Equivalente del Sistema (Red de Suministro)

Transformador ( - Y) Lnea 1

Lnea 2

Lnea 3

DESARROLLO:

Paso 1.Seleccin de los MVA base:

MVA base = 100 MVA

Paso 2.Seleccin de Voltaje base:

KV base = 115 Kv para el lado de alta tensin del transformadorKV base = 13.8 Kv para el lado de baja tensin del transformador.Paso 3.Calculo de la impedancia base:

Paso 4.Calculo de impedancias en P.U.

1.- En la equivalente del sistema (Red de Suministro):

2.- En la Lneas:

3.- En el transformador:

Convertir el valor de impedancia a las bases de 100 MVA y 115 KV

El valor de la impedancia del transformador en P.U es igual en cualquier secuencia:

Circuitos:

Circuito de Secuencia Positiva.

Circuito de Secuencia Negativa.

Circuito de Secuencia Cero.

Clculo de la corriente de Falla Trifsica en el nodo B1.

Clculo de la corriente de Falla de Fase a Tierra en el nodo B1.

Clculo de la corriente de Falla de Fase a Fase en el nodo B1.

Clculo de la corriente de Falla Trifsica en el nodo B4.

Clculo de la corriente de Falla de Fase a Tierra en el nodo B4.

Clculo de la corriente de Falla de Fase a Fase en el nodo B4.

9.2 SIMULACIN ASPEN.

9.2.1 Digitalizacin del Sistema Elctrico.

Primeramente se crea un sistema nuevo ingresando el valor base tomado (en este ejercicio se tom de 100 MVA base), posteriormente se comienza a digitalizar el sistema elctrico radial.Posteriormente se crea un generador en cualquier punto del sistema, funcin localizada en el acceso directo de la barra de herramientas paleta de dispositivos.Se deben ingresar los KV nominales, ojo, en este caso son 115 Kv. ya que la red de suministro no solo implica un generador, sino todo un sistema (generadores, transformadores, lneas, etc.) que tiene como salida un bus de 115 Kv.

Figura 9.2.1.1- Crear un Generador.

Segn los datos del ejercicio se tiene que el valor de la equivalente del sistema (Red de Suministro) es de:

Figura 9.2.1.2- Datos Equivalente del Sistema.

Posteriormente se agregan al generador los valores de impedancias en P.U. para las secuencias como se muestra en la figura 9.2.1.3, se revisan los datos del generador y se oprime ok, posteriormente se oprime hecho y aparece el smbolo del generador en el sistema.

Figura 9.2.1.3.- Valores P.U. equivalentes del sistema.

Despus se crea un transformador justo al pie del bus del generador, ingresando los valores del voltaje secundario, se muestra en la figura 9.2.1.4.

Figura 9.2.1.4.- Transformador adjunto a la red.

Segn el ejemplo, los datos del transformador son:

Figura 9.2.1.5- Datos del Transformador.

Se contina ingresando los valores del transformador, su impedancia es la misma para cada secuencia, se ingresa su capacidad y se elige el tipo de conexin, en este caso es Delta Estrella, se muestra en la figura 9.2.1.6.

Figura 9.2.1.6.- Ingreso de Parmetros del Transformador.

Posteriormente se contina digitalizando el circuito agregando a la red las 3 lneas de distribucin, sus datos son:

Figura 9.2.1.7.- Impedancias de las Lneas.

Se agregan los datos de las lneas del ejercicio al sistema sin agregar longitud de lnea, ni calibre, puramente el valor de la impedancia de la lnea para cada secuencia.

Figura 9.2.1.8.- Ingreso de Impedancia de la lnea 1.

Figura 9.2.1.9.- Ingreso de Impedancia de la lnea 2.

Figura 9.2.1.10.- Ingreso de Impedancia de la lnea 3.

Si se desea, se puede dar formato al cdigo de colores por voltajes para diferenciar la magnitud de las lneas.

Figura 9.2.1.11.- Digitalizacin de la red con cdigo de colores.

Figura 9.2.1.12.- Digitalizacin Completa del Sistema Elctrico.

9.2.2 Simulacin de Cortocircuito.A continuacin se simulan fallas por cortocircuito en los buses B1 y B4 para las fallas trifsica, fase tierra y fa