Capitulo 6. ATP

ATP - EMTP (Alternative Transients P rogram – ElectroMagnetic Transients Program)

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1. ¿QUÉ ES ATP-EMTP?______________________ _________________________________ ______________________ _____________________ __________ 1 2. ASPECTOS FUNDAMENTALES FUNDAMENTALES ______________________ _________________________________ ______________________ _____________ 1 3. MÓDULOS PRINCIPALES DEL SOFTWARE ATP-EMTP ATP-EMTP ______________________ ________________________ 3 3.1. ATP ___________________________ ______________ __________________________ __________________________ __________________________ _____________ 3 3.2. DBOS.DIR. DBOS.DI R._________________________ ____________ ___________________________ ___________________________ _____________________ ________ 4 3.3. WPCPlot, PlotXY y GTPPLOT ______________________ _________________________________ _____________________ __________ 4 3.4. ATPDRAW ___________________________________________________________ 5 3.5. ATP_LCC ____________________________________________________________ 6 3.6. PFE16 y PFE32 _____________________________________ ________________________ __________________________ ___________________ ______ 6 3.7. ATPCC __________________________ _____________ __________________________ __________________________ ________________________ ___________ 7 3.8. Ficheros de inicialización ___________________________ ______________________________________ _____________________ __________ 7 4. ELEMENTOS DISPONIBLES DISPONIBLES EN EL ATP_____________________ ________________________________ ________________ _____ 8 4.1. Componentes eléctricos básicos ______________ _________________________ ______________________ __________________ _______ 9 4.2. Subrutinas de apoyo integradas ______________________ _________________________________ _____________________ __________ 9 4.3. Módulos de simulación simulación integrada _____________________ ________________________________ ___________________ ________ 12 5. ATPCC ______________________ _________________________________ ______________________ ______________________ ______________________ ___________ 14 5.1. Pantalla principal ______________________ _________________________________ ______________________ ____________________ _________ 14 5.2. Configuración del ATPCC ________________ ___________________________ ______________________ ___________________ ________ 16 5.3. Definición y uso de proyectos ______________________ _________________________________ ______________________ ___________ 20 5.4. Uso y ejecución de programas __________________________ _____________________________________ _________________ ______ 21 6. ATPDRAW _________________________ ____________ __________________________ __________________________ _________________________ ____________ 23 6.1. Opciones del programa ATPDRAW _____________________ ________________________________ _________________ ______ 24 6.2. Componentes estándar del ATPDraw ______________________ _________________________________ _______________ ____ 25 6.3. Componentes definidos por el usuario _____________________ ________________________________ _______________ ____ 28 6.4. Creación de nuevos modelos para el ATPDraw _____________________ _____________________________ ________ 29 7. WPCPlot_________________________________________________________________ WPCPlot_________________________________________________________________ 30 7.1. Menú File _________________________ ____________________________________ ______________________ ______________________ _____________ __ 31 7.2. Menú Edit_____________________ ________________________________ ______________________ ______________________ _________________ ______ 32 7.3. Menú Options _____________________ ________________________________ ______________________ ______________________ _____________ __ 33 7.4. Otros O tros __________________________ _____________ __________________________ __________________________ _________________________ ____________ 33 8. ATP_LCC __________________________ _____________ __________________________ __________________________ _________________________ ____________ 34 8.1. Opciones del programa ATP_LCC _____________ ________________________ ______________________ _______________ ____ 34 8.2. Edición de un caso de línea ______________________ _________________________________ ______________________ _____________ __ 35 8.3. Edición de un caso caso de cable _____________________ ________________________________ ______________________ _____________ __ 36 9. EDITOR DE TEXTOS (PFE32) (PFE32) _____________________ ________________________________ ______________________ _____________ __ 36

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Simulación de sistemas eléctricos

9.1. Programa principal _____________________ ________________________________ ______________________ ____________________ _________ 37 9.2. Subrutinas de apoyo_______________ apoyo__________________________ ______________________ ______________________ _______________ ____ 38 38 9.3. Estructura general de un fichero .atp o .dat _____________________ ________________________________ ___________ 38 9.4. Órdenes especiales que van antes de las l as líneas de “miscellaneus”. ______________ ______________ 40 10. EJERCICIOS EJERCICI OS RESUELTOS _________________________ ____________ __________________________ _______________________ __________ 41 10.1. Ejemplo 1. Análisis de faltas en sistemas de energía eléctrica _________________ _________________ 41 10.2. Ejemplo 2. Obtención del modelo de un transformador ______________________ ______________________ 54 10.3. Ejemplo 3. Obtención del modelo de una línea ______________________ _____________________________ _______ 58 10.4. Ejemplo 4. Simulación mediante TACS ______________________ _________________________________ _____________ __ 63 10.5. Ejemplo 5. Transitorios electromagnéticos _____________________ ________________________________ ___________ 69 11. REFERENCIAS REFERENC IAS__________________________ _____________ __________________________ ___________________________ ___________________ _____ 82

ATP - EMTP (Alternative Transients Program – ElectroMagnetic T ransients Program)

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ATP - EMTP (Alternative Transients Program – ElectroMagnetic Transients Program)

1. ¿QUÉ ES ATP-EMTP? El ATP-EMTP (Alternative Transients Program - ElectroMagnetic Transients Program) se compone de varios módulos o aplicaciones aplicaciones informáticas y conforma un paquete software que ha sido desarrollado para llevar a cabo la simulación digital de fenómenos transitorios de naturaleza electromagnética y electromecánica. Mediante este paquete es posible plantear y resolver la mayor parte de las situaciones que pueden darse en las diferentes instalaciones eléctricas. Así, entre otras acciones, es posible realizar cálculos electromagnéticos y electromecánicos electromecánicos con fines de diseño, especificaciones de equipos o definición de parámetros eléctricos fundamentales. fundamentales. La primera versión del software ATP data del año 1984 y toma como punto de partida los códigos libres del EMTP, que hasta poco antes de dicha fecha venían siendo desarrollados en el dominio público por la Bonneville Power Administration (BPA). De hecho, su aparición estuvo íntimamente ligada al inicio de la explotación comercial de este último por parte del DCG (EMTP Development Coordination Group) y del EPRI (Electric Power Research Institute). Este nuevo planteamiento fue rechazado por el Dr. W. Scott Meyer y por el Dr. Tsu-Huei Liu, quienes continuaron con la propuesta abierta originaria e iniciaron el desarrollo y divulgación no comercial del ATP. Desde entonces, este software se ha estado desarrollando continuamente a través de contribuciones internacionales y de forma totalmente independiente a la versión del EMTP comercializada por la citada DCG. Actualmente, el conjunto de aplicaciones desarrolladas en torno al ATP-EMTP conforma un paquete distribuido bajo licencia y de forma gratuita entre los miembros de los diferentes grupos de usuarios de ATP-EMTP constituidos en todo el mundo. No se trata por tanto de un software libre, aunque cualquier entidad que no haya participado voluntariamente en la comercialización del EMTP puede solicitar la correspondiente licencia de uso y obtener una copia libre de todo cargo. Para ello, debe dirigirse al grupo de usuarios de ATP que geográficamente le corresponda y aceptar los términos de dicha licencia. Las condiciones para obtener esta licencia pueden ser consultadas en el sitio web del ATP/EMTP [1]. Existen grupos de usuarios de ATP-EMTP repartidos por todo el mundo para su distribución, desarrollo y apoyo. El grupo más importante es el Canadian/American EMTP User Group [2] ya que son los pioneros del desarrollo del ATP y, en lo que a Europa se refiere, existe el EEUG (European EMTP-ATP Users Group) [3].

2. ASPECTOS FUNDAMENTALES En cuanto a las necesidades de hardware, es suficiente un PC-Pentium con MS-Windows 3.x/95/98/NT/XP, con una configuración estándar estándar de 16-MB RAM, 20 MB de espacio libre en el disco duro y una tarjeta gráfica VGA. Aunque también existen versiones del ATP para ser ejecutadas bajo otro tipo de sistemas operativos.

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El ATP-EMTP es una herramienta software especialmente diseñada para analizar, tanto en su individualidad como en su conjunto, los diferentes elementos que componen un sistema eléctrico, así como los sistemas de control asociados a los equipos eléctricos [4]. Algunas de las aplicaciones aplicaciones para los que resulta especialmente útil el ATP-EMTP son los siguientes: -

Sobretensiones atmosféricas, atmosféricas, temporales y de maniobra. Análisis de faltas. Análisis de armónicos. Conexión / desconexión de transformadores, transformadores, reactancias y condensadores. condensadores. Arranque de motores. Estabilidad transitoria. Coordinación de aislamiento. Análisis y ensayo de protecciones. Transporte en corriente continua. Compensadores Compensadores estáticos de potencia reactiva: STATCOM, SVC, UPFC, TCSC. Ferro resonancias. Regímenes estacionarios sinusoidales, sinusoidales, incorporando tanto elementos lineales l ineales como no lineales.

El programa ATP-EMTP resuelve sistemas eléctricos (mono o polifásicos) y calcula el valor que adquieren a lo largo del tiempo las distintas variables del mismo. Para ello, trabaja con representaciones del sistema obtenidas mediante la interconexión de modelos con los que se caracteriza el comportamiento de sus distintos elementos constitutivos: resistencias, inductancias, inductancias, capacitancias, con parámetros concentrados y distribuidos, máquinas, interruptores, fuentes, etc. Lógicamente, todos estos elementos son fácilmente parametrizables y permiten flexibilizar sus características, a fin de poder ser adecuados a las variaciones requeridas para modelizar los distintos tipos de elementos que pueden ser encontrados en el sistema eléctrico. Así, es posible: incluir alinealidades en las resistencias e inductancias; introducir interruptores con tiempos de operación determinísticos, estadísticos u operados por control de otras variables; o utilizar fuentes de tensión t ensión y corriente que generan las más variadas formas de onda. Adicionalmente, el ATP-EMTP incorpora otro tipo de recursos que posibilitan llevar a cabo el estudio y análisis de los sistemas de control y operación que gobiernan las instalaciones eléctricas modelizadas. En cuanto a su capacidad, el programa ATP-EMTP permite afrontar con garantías la resolución de los sistemas más exigentes. A modo de ejemplo, reseñar que el programa estándar distribuido por el EEUG (European EMTP Users Group) posibilita trabajar con estructuras de hasta 6000 nudos, 10000 ramas, 900 fuentes, 1200 interruptores, 90 máquinas síncronas y 2250 elementos no lineales. En este punto es importante hacer una importante reflexión. Habida cuenta de su propia naturaleza, y a pesar de sus amplias posibilidades, los programas digitales no están capacitados para proporcionar una historia continua del fenómeno transitorio. El usuario de este tipo de programas debe ser consciente de que los resultados con ellos obtenidos conforman una secuencia de valores que las variables del sistema adquieren en intervalos de tiempo discretos lo suficientemente pequeños. pequeños. Esta “discretización” de una realidad continua produce p roduce ciertos errores de truncamiento que, en ocasiones, pueden conducir a la inestabilidad numérica [5].


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3. MÓDULOS PRINCIPALES DEL SOFTWARE ATP-EMTP Actualmente el paquete software ATP-EMTP para el estudio de regímenes transitorios integra varias aplicaciones. Dentro de ellas se incluyen las distintas versiones de compilador ATP entre las que el usuario puede elegir y una serie de programas complementarios destinados a facilitar el uso de esta potente herramienta: editores de texto, un editor gráfico de circuitos eléctricos y aplicaciones específicas para la visualización gráfica de los resultados obtenidos. La información incluida en este texto se ha centrado en los programas ATPCC, WatcomATP, PFE32, WPCPlot, ATPDraw y ATP_LCC. Aunque también están disponibles las aplicaciones SalfordATP, DBOS.DIR, GNUATP, GTTPLOT, PlotXY y PFE16. A continuación se ofrece una breve descripción de cada uno de estos módulos.

3.1. ATP Constituye el núcleo fundamental del paquete, su programa principal, y se trata en realidad del compilador que va a permitir procesar los datos del circuito objeto de estudio. Este programa maneja ficheros de tipo texto cuya extensión es .dat o .atp. A partir de estos ficheros, que contienen la información del circuito, todas las simulaciones que reproduce el ATP generan archivos de datos, denominados ficheros .lis y .pl4, donde se registran los resultados de dichas simulaciones. Las tres versiones de ATP disponibles son: -

Salford ATP. Esta versión puede ser utilizada con los sistemas operativos MS-DOS y Windows 3.1x/95/98, pero no funciona con Windows NT. Para su funcionamiento requiere de la versión 3.5 de la aplicación Salford DBOS/486 y, si se va a trabajar bajo entorno Windows, es necesario modificar el fichero SYSTEM.INI para incluir la opción WDBOS.386. Además, no admite ejecutar varios casos simultáneamente ni nombres de ficheros o directorios largos (de más de ocho caracteres).

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Watcom ATP. Esta segunda versión funciona solamente bajo entorno Windows 95/98/NT4/XP. Admite nombres de ficheros de gran longitud, admite ficheros de datos de más de 150000 líneas (su uso es aconsejable para analizar casos con gran cantidad de datos) y puede ejecutar simultáneamente varios casos. Como desventaja, comentar que no considera la opción gráfica interactiva SPY.

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GNU ATP. Esta última variante ha sido desarrollada utilizando compiladores libres y existen tres versiones: GNU ATP/MingW32, GNU ATP/djgpp y GNU ATP/Linux. De ellas, EEUG solamente distribuye la primera. Dicha versión funciona únicamente bajo entorno Windows y permite utilizar nombres largos para ficheros, proporciona un arranque rápido y requiere menos memoria. En general, el comportamiento de esta versión es muy similar al WatcomATP.

Ninguna de las versiones del ATP permite utilizar nombres de ficheros y directorios con espacios en blanco y todas ellas incluyen un subdirectorio denominado BNCHMARK, en el cual se dispone de un gran número de ejemplos de ficheros .dat. Para poder entender el contenido de estos ficheros ejemplos y poder usarlos como base para futuros desarrollos, es necesario tener un adecuado conocimiento de la rígida estructura que siguen este tipo de ficheros, la cual se comenta más adelante.

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3.2. DBOS.DIR. Se trata de un expandidor de memoria que necesita estar presente para que la versión Salford ATP pueda funcionar. En las versiones actuales el DBOS se activa y desactiva automáticamente al principio y final de su utilización.

3.3. WPCPlot, PlotXY y GTPPLOT Los datos obtenidos como resultado de la utilización del programa ATP (en cualquiera de sus tres versiones) son recogidos en ficheros de salida con extensión .pl4. Estos ficheros, que se crean de modo automático y que son designados con el mismo nombre del fichero .atp ejecutado, pueden ser recogidos y utilizados con programas de salida gráfica específicamente desarrollados para visualizar las curvas de las señales generadas en el circuito durante el régimen transitorio. En el entorno ATP-EMTP se contemplan tres programas de este tipo y sus características más relevantes son las siguientes: -

El programa WPCPlot (PCPlot para Windows) ha sido desarrollado para ser utilizado con las versiones de ATP que trabajan bajo Windows. Permite representar un máximo de seis curvas en el mismo diagrama; presenta opciones de zoom y redraw; permite obtener los valores numéricos instantáneos en las curvas dibujadas; se pueden representar las curvas en función del tiempo o hacer una representación X-Y; etc. (Figura 6.1)

Figura 6.1. Representación gráfica mediante WPCPlot

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El programa PlotXY permite representar hasta ocho curvas en la misma gráfica; se pueden representar curvas de tres ficheros diferentes en la misma hoja; se pueden representar las curvas en función del tiempo o hacer una representación X-Y; escalado automático de ejes; mediante el cursor se tiene acceso al valor instantáneo de forma numérica; permite exportar datos; etc. (Figura 6.2)


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Figura 6.2. Representación gráfica mediante PlotXY

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El programa GTPPLOT puede ser utilizado bajo los entornos Windows, DOS y Linux. Permite representar un amplio rango de ficheros gráficos detectando automáticamente el formato del fichero; admite la representación simultáneamente de hasta 20 curvas; permite la utilización de diagrama de barras para representar análisis de armónicos; puede generar ficheros gráficos en diferentes formatos (HP-GL, CGM, WMF, MATLAB, Mathcad, etc.); puede realizar conversión a formato COMTRADE, análisis de FOURIER, diagramas de BODE, etc. Finalmente, indicar que el programa no puede ser controlado con el ratón por lo que hay que utilizar el teclado para todas las entradas. Como se puede observar, este programa es bastante más completo pero también más complejo de utilizar. (Figura 6.3)

Figura 6.3. Representación gráfica mediante GTPPlot

3.4. ATPDRAW Este módulo permite crear ficheros de datos de forma gráfica, construyendo los modelos de los circuitos eléctricos a simular de un modo rápido y sencillo. Para ello, los componentes necesarios se seleccionan de una librería donde se ha incorporado un amplio abanico de elementos estándar predefinidos, se definen sus parámetros característicos mediante los correspondientes cuadros de diálogo y se interconexionan fácilmente mediante el ratón. Para los elementos que no se encuentran en dicha librería, el usuario puede crear sus propios modelos usando las opciones Data Base Module y $INCLUDE. Además, se puede trabajar en varios circuitos simultáneamente, pudiéndose copiar información de unos a otros (Figura 6.4).

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Figura 6.4. Creación gráfica de circuitos mediante ATPDraw

Estos circuitos, construidos de forma gráfica, se guardan con extensión .adp (.cir) y se pueden convertir directamente a ficheros de texto con extensión .atp. Desde el ATPDraw también es posible activar directamente otros programas. Por ejemplo, se puede dar la orden de compilar los ficheros .atp previamente creados o de representar gráficamente los resultados obtenidos a través de las diversas aplicaciones gráficas de salida. En la Figura 6.5. se refleja de un modo resumido la interacción del ATPDraw con el resto de programas que integran el ATP-EMTP.

3.5. ATP_LCC Se trata de un programa de reciente creación que permite hacer uso de las subrutinas de apoyo LINE CONSTANTS / CABLE CONSTANTS de un modo sencillo y basado en la utilización de las ventanas y cuadros de diálogos propios del entorno Windows. Es por tanto un preprocesador de gran utilidad que proporciona los ficheros compilables por el ATP sin necesidad de acudir al editor de textos ni de trabajar con el estricto lenguaje de programación del ATP.

3.6. PFE16 y PFE32 Son los editores de texto suministrados para trabajar con los ficheros de entrada y salida del programa ATP. Es decir, pueden ser utilizados para editar e imprimir los ficheros con formatos .atp o .lis. Los usuarios avanzados pueden valerse de estos editores para crear y modificar los ficheros de datos o para hacer uso de las opciones del ATP no contempladas en el preprocesador gráfico ATPDraw. Existen dos versiones: el PFE16 y el PFE32. Según sea la versión Windows instalada en el ordenador, se recomienda utilizar: -

La versión PFE16 para Windows 3.1x.

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La versión PFE32 para Windows 95 y posteriores.


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3.7. ATPCC El ATP Control Center (ATPCC) actúa como una interfaz que el usuario puede utilizar para trabajar fácilmente con el conjunto de programas que integran el paquete ATP-EMTP. De este modo, desde el ATPCC se puede acceder al ATPDraw, al editor de textos PFE, a los programas de salida gráfica (PCPlot, PlotXY y GTPPlot) o ejecutar directamente el propio ATP. En la Figura 6.5 se representa la interrelación entre todos estos programas.

Figura 6.5. Interacción entre los programas del ATP-EMTP

Las características más relevantes de esta aplicación son: -

Puede trabajar simultáneamente con dos versiones diferentes del ATP.

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Permite la integración y enlace con hasta diez programas adicionales. Puede ejecutar ficheros de ATP, ATPDraw, PCPlot sin más que hacer doble clic sobre el nombre del fichero.

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Dispone de una ventana de eventos en donde se muestran los comandos previamente ejecutados. Esta ventana permite ejecutar de nuevo comandos anteriores haciendo clic con el ratón sobre dicho comando.

-

Permite definir “proyectos” de casos de simulación.

3.8. Ficheros de inicialización Además de los módulos ya comentados, existen unos ficheros de inicialización donde se especifican ciertos parámetros del software ATP: capacidad, formatos de salida, etc. En caso de ser necesario cambiar el valor de alguno de dichos parámetros, estos ficheros pueden ser editados y modificados mediante los editores de textos PFE. Estos ficheros de inicialización son:

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Graphics: permite la definición de parámetros relativos a vectores gráficos para su presentación en pantalla, salidas en formato HP-GL y postcript. - Listsize.dat: permite especificar los valores límite para dimensionamiento dinámico de tablas. -

Startup: permite la inicialización de diversas variables dependientes de la instalación: valores numéricos, manejo de ficheros, ajuste de vectores gráficos, etc.

En el caso de sistemas y/o equipos sencillos, es suficiente con los valores que los parámetros de estos ficheros tienen por defecto. Pero si se desea obtener mayor información sobre estos ficheros, se puede acudir al Rule Book o manual de uso del ATP-EMTP [6].

4. ELEMENTOS DISPONIBLES EN EL ATP En el esquema de la Figura 6.6 se muestran los módulos de simulación de que dispone el ATP, las subrutinas de apoyo y la interacción entre ellos. Con todos estos elementos se pueden componer modelos de menor o mayor complejidad, que representan los diferentes equipos y componentes encontrados en los sistemas eléctricos. La adecuación de estos modelos dependerá de las hipótesis asumidas por el usuario y del entendimiento acerca del comportamiento de dichos modelos, así como de las características del sistema y de los fenómenos simulados.

Figura 6.6. Elementos disponibles en el ATP


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4.1. Componentes eléctricos básicos Los elementos básicos con que cuenta el programa son: resistencias, inductancias, condensadores, interruptores y fuentes, que, con diversas variaciones, permiten el desarrollo de gran cantidad de modelos de sistemas eléctricos. Estos componentes están agrupados en forma de ramas (BRANCHES), interruptores (SWITCHES) y fuentes (SOURCES), que integran los siguientes elementos:

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Ramas lineales (LINEAR BRANCHES), que pueden ser: - R, L, C concentrados (tipo 0) - R- L acoplados mutuamente (tipo 51, 52, 53...) - Circuitos π-equivalentes acoplados (tipo 1, 2, 3...) - Líneas de transmisión de parámetros distribuidos (tipo –1, -2, -3...) - Transformadores

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Ramas no lineales (NONLINEAR BRANCHES), que pueden ser: - Inductancias no lineales (tipo 93) - Resistencias no lineales (tipo 92) - Resistencias variables con el tiempo (tipo 97) - Resistencia pseudo-nolineal R(i) (tipo 99) - Inductancia pseudo-nolineal L(i) (tipo 98) - Inductancia pseudo-nolineal con histéresis L(i) (tipo 96) - Elementos controlados por TACS o MODELS (tipo 91, 94, etc.)

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Interruptores (SWITCHES), que pueden ser: - Controlados por tiempo o por tensión - Con tiempo de cierre aleatorio dentro de una distribución estadística. - Con tiempos de cierre variables sistemáticamente entre valores predefinidos. - Diodos o tiristores controlados por TACS o MODELS (tipo 11) - Triacs controlados por TACS o MODELS (tipo 12) - Interruptores simples controlados por TACS o MODELS (tipo 13)

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Fuentes (SOURCES), que incorporan elementos tales como: - Formas de ondas básicas (escalón, rampa, doble rampa, sinusoide, etc.) - Fuentes moduladas por TACS o MODELS - Fuentes de tensión o intensidad controladas por TACS o MODELS - Máquinas rotativas: máquina síncrona (tipos 58 y 59) y máquina universal (tipo 19). - Formas de onda a definir por el usuario

4.2. Subrutinas de apoyo integradas A continuación se presentan las distintas subrutinas que tiene el programa ATP y que sirven de apoyo para: el cálculo de parámetros de líneas y de transformadores, modelización de pararrayos, etc. Al final del capítulo se incluyen ejemplos de utilización de alguna de ellas para mostrar su estructura y forma de empleo. Algo que resulta especialmente útil en el caso de tener que desarrollar un modelo que no exista en el preprocesador gráfico ATPDraw.

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LINE CONSTANTS

Es la subrutina de soporte encargada del cálculo de los parámetros eléctricos de líneas aéreas a partir de las dimensiones de la torre, las características del conductor y de la disposición del conductor sobre dicha torre. Entre otros casos, esta subrutina puede ser aplicada:

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Para calcular la matriz de resistencia, inductancia y capacitancia (tanto para componentes simétricas como para componentes de fase) en una configuración dada, a una frecuencia entre 0,0001 Hz y 500 kHz. Para calcular el acoplamiento mutuo entre una línea trifásica de transmisión de potencia y una línea paralela de comunicación. Para calcular un circuito π equivalente o un circuito π nominal. Para obtener un modelo de onda viajera. Este modelo es válido tanto para líneas traspuestas como no traspuestas. CABLE CONSTANTS / CABLE PARAMETERS

Son las subrutinas de soporte encargadas del cálculo de los parámetros eléctricos de cables. La principal función de CABLE CONSTANTS es calcular las matrices de resistencia, inductancia y capacitancia que corresponden a una configuración arbitraria de cables coaxiales de núcleo simple. Aunque también puede trabajar con otro tipo de cables: de configuración tipo tubería o con pantalla conductora; con pantalla sin aislador tubular rodeándola; coaxiales de núcleo simple macizo; coaxial formado solo por un núcleo simple tubular, sin aislantes; etc. La opción CABLE PARAMETERS es más moderna y puede trabajar con cables de formas variadas en lo que se refiere a la sección del cable. SEMLYEN SETUP

Esta subrutina de soporte se puede usar para crear modelos de líneas aéreas convencionales o de sistemas de cables subterráneos o aéreos, válidos para estados transitorios al ser de onda viajera. En el modelo de onda viajera tanto la respuesta de propagación como la respuesta de admitancia se obtienen usando características modales, calculadas sobre un rango de frecuencia predefinido, bajo el supuesto de una matriz de transformación constante (transformación fase-modo). Ambas respuestas son aproximadas en el dominio del tiempo, usando solo dos exponenciales reales, permitiendo así el empleo de métodos de convolución recursiva en el dominio del tiempo. JMARTI SETUP

Esta subrutina puede generar el modelo de onda viajera, válido para líneas aéreas y cables subterráneos. En el modelo de onda viajera tanto la impedancia característica Zc como la función de propagación se obtienen usando características modales, calculadas sobre un rango de frecuencia predefinido por el usuario, bajo el supuesto de una matriz de transformación constante (transformación fase-modo).


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XFORMER

La subrutina de soporte XFORMER puede emplearse para calcular una representación matricial lineal [ R]-[wL] de un transformador monofásico, tanto de dos como de tres devanados, utilizando los datos resultantes de los ensayos de vacío y de cortocircuito a la frecuencia nominal. Este modelo no considera las pérdidas de vacío pero sí las pérdidas de cortocircuito. Tampoco considera las capacidades parásitas, ni es un modelo válido para frecuencias extremadamente bajas. Esta subrutina da como salida un circuito equivalente del transformador monofásico que sirve para insertarlo en una red eléctrica donde se consideran acoplamientos mutuos entre ramas. BCTRAN

La subrutina de soporte BCTRAN se puede usar para calcular una representación lineal [ A]-[ R] o [ R]-[wL] ([ A] es la inversa de [ L]) de transformadores monofásicos o trifásicos, con núcleo de columnas o con núcleo tipo acorazado, y de dos, tres o más devanados, a partir de los resultados de los ensayos de vacío y de cortocircuito a la frecuencia nominal. Este modelo puede considerar las pérdidas de vacío y las de cortocircuito. En esta representación se ignoran las capacidades parásitas, y por tanto este modelo solo es válido hasta por encima de unos pocos kHz. Al contrario que el XFORMER, el modelo BCTRAN sí es válido a bajas frecuencias. Esto es debido al hecho de que las partes resistiva e inductiva de la impedancia de cortocircuito se tratan separadamente. El comportamiento no lineal no está incluido en el modelo BCTRAN propiamente. Tal comportamiento (saturación o histéresis) puede considerarse mediante la adición de unos elementos adecuados (tipos 93, 96, 98) conectados a los propios terminales del transformador en la red eléctrica, durante una simulación transitoria o permanente. Ahora bien, en tal caso es obligatorio especificar Ivacío = 0, pues de otro modo la inductancia de magnetización se tendría en cuenta dos veces. SATURA

Para poder considerar la saturación en los transformadores, se utiliza la subrutina de soporte SATURA. Internamente utiliza el modelo de bobina de reactancia pseudo no lineal, es decir, L(i). Para obtener los datos necesarios, se necesitan los valores de las tensiones e intensidades correspondientes a varios niveles de tensión, creando así una curva o característica (Vrms, Irms). A continuación, se recurre a la rutina de soporte SATURA para crear la necesaria característica de valores de pico (flujo, corriente). HYSDAT

Permite representar el ciclo de histéresis del circuito magnético de un transformador. Esta subrutina representa fundamentalmente la forma del ciclo de histéresis para un material dado del núcleo magnético. Los resultados proporcionados por esta subrutina ( ϕ , i) se utilizan como datos de entrada de una reactancia no lineal tipo 96, teniendo en cuenta que solo se puede seleccionar una curva del ciclo.

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ZNOFITTER

Esta subrutina se ha desarrollado para realizar la representación del comportamiento no lineal de los pararrayos de óxido de zinc a partir de la información suministrada por el fabricante. La característica no lineal del pararrayos se aproxima por un número arbitrario de segmentos exponenciales. Este modelo se puede utilizar para representar pararrayos sin intersticios y pararrayos equipados con intersticios pasivos en serie o en paralelo. DATA BASE MODULE

Por medio de esta subrutina el usuario puede crear un módulo o librería para un componente. Este módulo se almacena como un fichero ordinario y se puede utilizar cada vez que hay que incluir ese componente en un fichero ATP, por medio del comando $INCLUDE, seguido de una lista de argumentos que describen el componente local. Cuanto más se repiten algunos componentes en la red a simular, más eficiente es el uso de la modularización de datos. El formato de entrada para esta subrutina tiene dos secciones diferentes:

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Una declaración de argumentos con la lista de nombres de parámetros. Los tipos de parámetros que se pueden especificar en dicha lista son: nombres de nudos y valores numéricos. - Una plantilla que representa la forma de introducir los datos de ese elemento según el formato ATP. En general, el formato de la sentencia $INCLUDE es: $INCLUDE, nombre de fichero, arg-1, ........, arg-n

4.3. Módulos de simulación integrada TACS

El TACS (Transient Analysis of Control Systems) fue concebido originalmente para simular el control de convertidores HVDC, pero actualmente gozan de un campo de aplicación mucho mayor. Así, pueden ser usados para simular: el control de convertidores HVDC; sistemas de excitación de maquinas síncronas; funciones de limitación de intensidad en pararrayos; el cebado de arcos en interruptores; y, en general, aquellos dispositivos o fenómenos que no se pueden modelizar con los componentes eléctricos existentes en el ATP-EMTP. La programación con TACS se emplea para resolver las ecuaciones diferenciales y algebraicas asociadas. Para ello se utiliza una representación basada en diagramas de bloques (del mismo tipo a los utilizados en disciplinas como la automática), donde las distintas partes del sistema aparecen interconexionados y, básicamente, se modelizan mediante los siguientes elementos:

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Bloques simbolizados por su función de transferencia en s (variable de Laplace), que pueden ser de cualquier orden y que siguen la regla: SALIDA = GANANCIA ∗ Σ ( ENTRADAS ) ∗ G(s)


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Sumadores o bloques de orden cero, del tipo SALIDA = GANANCIA ∗ Σ ( ENTRADAS )

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Limitadores, estáticos o dinámicos, con los valores límites constantes o variables, aplicados sobre las funciones de transferencia y los bloques de orden cero. Fuentes a modo de señal de entrada, tales como impulsos, pulsos, señales escalón, señales sinusoidales, cualquier tensión de nudo, intensidades de los interruptores y sus estados medidos en la red eléctrica, y otros.

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Variables suplementarias lógicas y algebraicas, utilizando los operadores estándares y todas las funciones de las librerías FORTRAN.

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Dispositivos de aplicación especial, tales como medidores de frecuencia, triggers, retrasos en el transporte, retraso de pulsos, digitalizadores, no linealidades definidas por el usuario punto a punto, interruptores a tiempos secuenciales, integradores controlados, derivadores simples, componentes de entrada condicional, selectores de señal, acumuladores y contadores, etc.

Adicionalmente, cualquier señal obtenida con el módulo TACS puede ser utilizada dentro de la red eléctrica simulada, incorporándola como una fuente de tensión o intensidad, o como una señal que controle la operación de un interruptor, válvula o diodo. MODELS

MODELS [7] es un lenguaje de programación que se usa en el EMTP-ATP para simular variables dependientes del tiempo con características especiales. Se crean de forma independiente al programa principal y pueden ser llamados por cualquier programa cuantas veces se desee. Su estructura es muy similar a la de otros lenguajes de programación, como por ejemplo el FORTRAN, con sentencias del tipo FOR, IF, WHILE... En la descripción de los MODELS se definen los elementos que lo componen, su interacción entre ellos y con el programa principal, cómo se deben simular, etc. Por otra parte, su definición incluye declaraciones, directivas de simulación y procedimientos de operación. En las declaraciones se debe especificar:

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CONST: nombre, tamaño del array y el valor de las constantes del MODEL. DATA: nombre, tamaño del array y valor por defecto (opcional) de los parámetros del MODEL (constantes cuyo valor se asigna externamente). VAR: nombre y tamaño del array de las variables. INPUT: nombre, tamaño de array y valor por defecto (opcional) de las entradas del MODEL. OUTPUT: elementos del MODEL que se usarán como salidas del mismo. FUNCTION: descripción de las funciones usadas en el MODEL. MODEL: descripción de los submodels usados en el MODEL.

En las directivas de simulación se especifica:

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TIMESTEP: valor por defecto (opcional) de los límites mínimo y máximo del intervalo de simulación. INTERPOLATION: grado de interpolación por defecto aplicado en las entradas del MODEL, cuando éste se usa con subintervalos del intervalo de simulación externo.

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DELAY: tamaño por defecto de la memoria necesaria para el almacenamiento de valores asociados con el uso de la función delay(). - HISTORY: nombre de las variables para las cuales tiene que crearse una historia previa al comienzo de la simulación. Se puede usar, opcionalmente, para asignar funciones históricas por defecto a cualquiera de las entradas y variables del MODEL. En los procedimientos de operación se describe:

-

EXEC: algoritmo de ejecución del MODEL. INIT: algoritmo de iniciación del MODEL.

Cada uso de MODEL se introduce por el comando USE especificando las entradas y salidas correspondientes a esa llamada. Los nombres de los elementos definidos en un MODEL no son visibles desde el exterior y se pueden elegir sin considerar las posibles coincidencias con nombres ya usados fuera de este MODEL.

5. ATPCC ATP Control Center (en lo sucesivo ATPCC) ha sido concebido como una interfaz de fácil manejo que ayude al usuario en la utilización del paquete de programas que conforman el ATPEMTP (ATP, ATPDraw, PCPlot, editor de texto, etc.).

5.1. Pantalla principal Al ejecutar el ATPCC aparecerá la pantalla principal del programa (Figura 6.7). Pantalla que con un formato habitual en el entorno Windows, aparece dividida en varias zonas diferentes: línea de menús, barra de acceso rápido a programas, zona de trabajo y ventana de últimos comandos ejecutados.

Figura 6.7. Pantalla principal del programa ATPCC


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5.1.1. Línea de menús

En ella se encuentran los siguientes submenús:

Programs: A través de este submenú es posible acceder a la ejecución de los programas principales ( ATPDraw, PCPlot, Editor), editar un bloc de notas ( Memo) o salir del programa (Exit). El bloc de notas no es más que un pequeño editor de texto que permitirá al usuario escribir los apuntes que considere oportunos. De modo que la siguiente ocasión que se abra, presentará el texto recordatorio previamente grabado. La llamada a estos programas se puede realizar además a través de sus iconos correspondientes de la barra de acceso rápido o utilizando el teclado mediante combinación de ciertas teclas. Users Programs: Por medio de este segundo submenú se pueden ejecutar los diferentes programas adicionales incorporados por el usuario. Del mismo modo que en el caso anterior, estos programas podrán también ser ejecutados desde la barra de acceso rápido. Project: Opción que permite añadir, editar y borrar los proyectos de trabajo definidos. El trabajo con proyectos se describe en el apartado correspondiente. Options: Submenú que se utiliza para llevar a cabo la configuración personalizada del ATPCC. Definiendo la localización y algunos parámetros de los programas principales, así como los programas adicionales que se quieren incorporar al funcionamiento del ATPCC. En el apartado destinado a la configuración del ATPCC se incluye una descripción detallada de las distintas opciones englobadas dentro de este submenú. Help: muestra las condiciones de la licencia de uso del ATPCC, la versión del programa y proporciona una ayuda cuyo contenido y formato es similar al de otros programas del entorno Windows. Para ello es necesario que se disponga de los ficheros ATPCC.hlp y ATPCC.cnt. 5.1.2. Barra de acceso rápido

En ella aparecen los iconos correspondientes a los diferentes programas que se pueden llamar y ejecutar desde la pantalla principal del ATPCC. Por defecto, el ATPCC solamente presenta los iconos de los programas principales (PCPlot, ATPDraw y Editor) y del bloc de notas. En caso de que el usuario haya definido algún programa adicional, su icono correspondiente se añadirá a esta barra y el programa podrá ser ejecutado haciendo clic sobre el mismo. Si el programa adicional incorporado no dispone de icono concreto, el usuario puede adjudicarle uno de entre los iconos predefinidos. Tal y como se ha indicado en el subapartado anterior, todos estos programas pueden también ser ejecutados desde la línea de menús, accediendo por el submenú adecuado. 5.1.3. Zona de trabajo

En la parte superior de la zona de trabajo se encuentran dos menús desplegables en los que se debe seleccionar la unidad de disco en la que se vaya a trabajar y el tipo de ficheros, definido por su extensión, que se quiere utilizar en cada momento.

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En la parte central se ubican un menú desplegable y tres pulsadores destinados a facilitar el empleo de los ficheros pertenecientes a distintos trabajos y que se utilizarán al manejar “proyectos”. A la derecha de los anteriores se dispone de un espacio donde se podrá definir el fichero que se quiere ejecutar con el programa ATP. Fichero que puede ser especificado escribiendo directamente su nombre, extensión y ubicación mediante su “path”, o más sencillamente, valiéndose del ratón, arrastrándolo desde la ventana inferior y soltándolo dentro del espacio habilitado al efecto En la parte inferior aparecen dos ventanas en las que se reflejan el árbol de carpetas o directorios correspondiente a la unidad de disco seleccionada (ventana izquierda) y los ficheros con la extensión seleccionada que se encuentran en la carpeta abierta (ventana derecha). En lo que al árbol de carpetas hace referencia, es posible moverse y abrir las carpetas de igual forma a como se haría con el explorador de Windows. Por último, en la parte inferior derecha de la zona de trabajo se puede encontrar una serie de opciones y mandos cuyo significado y utilización se especifican en el apartado correspondiente al uso y ejecución del ATP-EMTP. 5.1.4. Ventana de últimos comandos utilizados

En la parte inferior de la pantalla se incluye una ventana donde se van a registrar los últimos comandos ejecutados, con indicación de la fecha y hora de su utilización. El número de eventos que se almacenan en esta ventana puede ser definido por el usuario en el cuadro de dialogo que aparece al acceder al menú Options Settings. Cualquier comando registrado en esta ventana puede volver a ejecutarse sin más que hacer doble clic sobre la línea que lo recuerda. El tamaño de esta ventana puede ser modificado por el usuario (ver apartado correspondiente a la configuración de parámetros generales), e incluso se puede hacer desaparecer utilizando el pulsador Event Window (On/Off) de la zona de trabajo. En este caso bastará volver a pulsar dicho botón para que la ventana de eventos reaparezca.

5.2. Configuración del ATPCC Cuando se ejecuta por primera vez, el programa ATPCC debe ser configurado por el usuario de acuerdo a sus necesidades particulares y a la ubicación que haya dado en su ordenador personal a los distintos programas. De este modo, se deberá definir una serie de parámetros generales y otros relativos a los programas principales y a los programas adicionales. Esta configuración del programa se realizará a través de las distintas opciones que aparecen bajo el apartado Options de la línea de menús.


5.2.1.

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Configuración de los Programas Principales

Para proceder a la configuración de los programas principales que son utilizados a través del ATPCC (ATP, ATPDraw, PCPlot y el Editor) se accederá a través de la línea de menús escogiendo dentro de Options la opción Main Programs Settings.

Figura 6.8. Cuadro de diálogo para configuración de programas principales: ATP

Al hacerlo, se presentará un cuadro de dialogo compuesto por dos páginas. La primera de ellas (Figura 6.8) hace referencia a los parámetros relativos a las dos versiones del programa ATP que posteriormente se podrán ejecutar desde el ATPCC. En ella hay que definir para cada una de las versiones: - Nombre del programa: Para su identificación en el menú correspondiente. - Identificación del programa: Dado por la ubicación de su ejecutable dentro del PC. El botón que hay a la derecha de este espacio permite buscar el fichero dentro del disco, evitándose así tener que escribir su path completo. - Extensión de los ficheros que pueden ser ejecutados por el programa. En el caso de la segunda versión de ATP a utilizar, incluye la posibilidad de sustituir el parámetro “*” por “s”. Lo cual es necesario cuando se utiliza la versión GNU/Mingw32. Además, hay que especificar las opciones por defecto con las que se ejecutarán las dos versiones del ATP incorporadas: -

Save on: Salvar los resultados obtenidos en un fichero de extensión .lis (disk) o presentarlos también en la pantalla ( both). Output Parameters: - “*”: Se marcará esta casilla cuando se desee que el nombre del fichero de salida coincida con el del .atp ejecutado. En caso contrario se especificará el nombre del fichero de salida (incluyendo su extensión .lis o .out). - “-R”: Se seleccionará esta opción si se quiere que cuando ya exista un fichero .lis correspondiente al .atp ejecutado, el resultado de una nueva simulación se sobrescriba en ese mismo fichero.

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Una vez definidos todos los parámetros relativos a los programas ATP, y antes de cerrar el cuadro de dialogo, se deberá validar la configuración mediante el pulsador Apply situado en la parte inferior de la hoja. En la hoja correspondiente al resto de los programas principales (Figura 6.9) se actuará de un modo similar, concretando la identificación de cada programa, la extensión de los ficheros ejecutables con cada uno de ellos y, en el caso del editor, el nombre asignado al mismo. Para validar la configuración elegida, se usará el pulsador Apply antes de cerrar el cuadro.

Figura 6.9. Cuadro de diálogo para configuración del resto de los programas principales

5.2.2. Configuración de Programas Adicionales

En el ATPCC se contempla la posibilidad de realizar llamadas a otros programas desde la propia pantalla principal, sin más que seleccionar el icono correspondiente en la barra de acceso rápido. Para añadir, modificar o eliminar programas adicionales se seleccionará en la línea de menús la Additional Programs. Al hacerlo, se presentará un cuadro de dialogo opción Options compuesto por tres páginas.

Figura 6.10. Incorporación de programas adicionales


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La primera de ellas (Figura 6.10) se usará para incorporar nuevos programas, y en ella se definirá el nombre del programa, ubicación de su ejecutable, su directorio de trabajo y la extensión de los ficheros que se utilizarán como entrada al mismo. Cuando el programa adicional añadido no dispone de un icono propio, se le puede asignar uno seleccionándolo de entre los predefinidos en el cuadro de imágenes que aparecerá al pulsar el botón Another Icon y validando dicha selección mediante el Set del mismo. Se dispone además de dos opciones adicionales: -

Cut extension of input file: Elimina la extensión a los ficheros de entrada antes de ejecutarlos con el programa adicional.

-

Default PLOT: Se utiliza cuando se quiere que el programa adicional añadido (por ej.: GTPPLOT o PlotXY) actúe como programa gráfico por defecto. En este caso, la extensión de los ficheros de entrada deberá estar definida como .pl4.

Una vez definidos todos los parámetros relativos al nuevo programa, mediante el pulsador Add new, se validarán los datos y se incorporará al conjunto de programas adicionales. En la pestaña Edit se ofrece la posibilidad de editar y modificar los programas adicionales incorporados. Para ello habrá que seleccionar el programa a editar en el cuadro que aparece al pulsar Edit existing program, modificar aquellos aspectos que se deseen y salvar los cambios (Save changes) antes de cerrar el cuadro. Por último, la tercera pestaña se utilizará para eliminar aquellos programas adicionales que no se quiera llamar desde el ATPCC. 5.2.3. Configuración de parámetros generales

Accediendo al submenú Options Settings aparece un cuadro de dialogo (Figura 6.11) donde se puede establecer una serie de parámetros de carácter general: -

ATP Control Center Working Directory: Permite definir el directorio de trabajo del programa ATPCC. En él se guardarán los archivos creados por el programa, tales como los ficheros “Memo” correspondiente al bloc de notas o atpcc.log donde se graban los últimos n comandos ejecutados. Siendo n el número de eventos definido en el punto siguiente.

-

Log file: Donde se puede definir el número de eventos a recordar en la ventana de últimos comandos utilizados. Asimismo, existe la posibilidad de salvar estos comandos en un fichero (atpcc.log) para su posterior utilización o para recuperarlos la próxima ocasión en la que se use el programa ATPCC.

-

Save last window position : Opción a seleccionar cuando se desee guardar la posición y el tamaño de la ventana del programa para la próxima vez que se utilice.

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Figura 6.11. Configuración de parámetros generales

5.3. Definición y uso de proyectos Con el fin de facilitar la selección de los ficheros a utilizar, el ATPCC contempla la posibilidad de definir proyectos de trabajo. De modo que una vez establecidos, bastará seleccionar el proyecto en el que se quiera trabajar para que el programa presente directamente los directorios donde se localizan los ficheros pertenecientes a dicho proyecto. Asimismo, se puede especificar el tipo de ficheros que se mostrarán al usuario en la ventana de ficheros cuando se seleccione cada uno de los programas principales. 5.3.1. Definición de Proyectos

Para añadir un nuevo proyecto, editar el proyecto actual o borrar uno ya existente, se accederá a través de la opción Project de la línea de menús y se elegirá el submenú oportuno ( Add new project, Edit current project y Delete project respectivamente). Hay que tener en cuenta que a la hora de borrar un proyecto se presenta un cuadro con todos los proyectos definidos, donde se seleccionará aquél que se desea eliminar. Sin embargo, cuando se trata de editar y modificar un proyecto ya existente, el procedimiento es distinto. En este caso el proyecto que se edita es el actual, razón por la cual previamente a elegir esta opción habrá que seleccionar el proyecto a modificar en el menú desplegable de la zona de trabajo. El cuadro de diálogo que se presenta para añadir un nuevo proyecto es igual en cuanto a su contenido al que se encontrará al proceder a editar el proyecto actual (Figura 6.12). En ellos se debe definir los siguientes datos: - Nombre del proyecto. - Directorio de trabajo para cada programa principal. Carpeta donde cada uno de ellos archivará todos los ficheros relativos a ese proyecto. - Extensión de los ficheros que pueden ser ejecutados por cada programa. En este caso únicamente se podrá optar entre las alternativas previamente definidas en el Editor de Filtros (Project Filter Editor). Como en general todos los ficheros referentes a un proyecto se archivarán en una misma carpeta, al modificar el directorio de trabajo del primero de los programas principales (ATP) se reasignarán automáticamente los directorios del resto. No obstante, en caso de desear trabajar


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con distintas carpetas, se podrán modificar individualmente los directorios correspondientes a los programas ATPDraw y PCPlot.

Figura 6.12. Definición de proyectos

Figura 6.13. Editor de filtros

Previamente a la definición de un proyecto, será necesario acceder al Editor de Filtros (Figura 6.13) a través del submenú Project Filter Editor, si con alguno de los programas principales se desea utilizar un tipo de fichero cuya extensión sea distinta a las predefinidas para dicho programa. Por medio de dicho editor se podrá añadir, modificar o borrar los filtros aplicados a los ficheros pertenecientes al proyecto en cuestión. 5.3.2. Manejo de Proyectos

Una vez que un proyecto ha sido correctamente definido, se puede trabajar con él sin más que seleccionarlo en el menú desplegable dispuesto al efecto en la zona de trabajo. Automáticamente en la ventana donde se muestra el árbol de directorios se abrirá la carpeta de trabajo correspondiente al proyecto escogido. Inmediatamente debajo del menú desplegable anterior se encuentran tres pulsadores, uno para cada programa principal ( ATP, ATPDraw y PCPLot ). Utilizando estos pulsadores se abrirán las carpetas previamente definidas en el proyecto actual para cada uno de los programas y en la ventana de ficheros se mostrarán únicamente aquellos que sean conformes al filtro establecido.

5.4. Uso y ejecución de programas 5.4.1. ATP-EMTP

Antes de utilizar el ATP-EMTP es necesario configurar una serie de parámetros que serán incorporados a la línea de comandos que servirá de entrada al programa. En ellos se incluye información relativa a las características de la ejecución a realizar. El valor actual de estos parámetros, cuyo significado e influencia ya ha sido analizado en apartados anteriores, puede ser visualizado y modificado en la parte derecha de la zona de trabajo. Ahora bien, cada vez que se arranque el programa se volverán a cargar sus valores por defecto, los cuales han sido predefinidos durante la configuración del ATPCC.

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Por otro lado, el programa permite utilizar indistintamente las dos versiones del ATP-EMTP que han sido configuradas como programas principales del ATPCC. Para elegir la versión con la que se quiere trabajar en cada momento, se dispone de un menú desplegable ( ATP Programs) donde se deberá seleccionar la deseada. Por defecto, el programa presenta como prioritaria la versión definida en primer lugar durante la configuración del mismo. En cuanto a la forma de utilizar el ATP-EMTP, existen diferentes maneras de proceder a su ejecución. Siendo en todas ellas necesario concretar en primer lugar el fichero .atp que se desea sirva de entrada al programa. - Pulsando Execute ATP. Se ejecutará la versión del ATP-EMTP seleccionada, utilizando como fichero de entrada aquél que esté definido en el cuadro ATP input data file . - Haciendo doble clic directamente sobre el fichero de extensión .atp que se desee utilizar como entrada al programa. - Pulsando el botón derecho del ratón. Una vez seleccionado el fichero de extensión .atp que se desea sirva como entrada, se pulsa el botón derecho del ratón dentro del área de la ventana de ficheros. A continuación aparecerá un cuadro de dialogo donde se escogerá la opción correspondiente al programa ATP. - Por medio de la ventana de últimos comandos. Si lo que se quiere es repetir la ejecución del programa con los mismos parámetros de entrada utilizados con anterioridad, bastará con hacer doble clic sobre la línea correspondiente al comando en cuestión, dentro de la ventana de últimos comandos ejecutados.

5.4.2. Resto de programas

Para ejecutar el resto de los programas principales o cualquiera de los adicionales existen también diferentes procedimientos. La mayoría son comunes a todos ellos, razón por la que en este apartado se describen conjuntamente, especificando para cada caso su aplicabilidad. - Utilizando la línea de menús. Se podrá acceder a los programas principales a través del submenú Programs y a los adicionales por medio de la opción User Programs. En ambos casos se arrancan los programas sin abrir ningún fichero. - Utilizando la barra de acceso rápido. Se accederá a ambos tipos de programas seleccionando su icono correspondiente. No se especifica fichero de entrada alguno. - Haciendo doble clic directamente sobre un fichero dentro de la ventana de ficheros. Automáticamente se arrancará el programa principal que se corresponda con la extensión del fichero escogido. El programa se iniciará con dicho fichero abierto. - Pulsando el botón derecho del ratón. Aparecerá un cuadro de dialogo donde se escogerá el programa principal o adicional a utilizar. Si antes de realizar la operación anterior se ha seleccionado un fichero cuya extensión sea compatible con el programa a ejecutar, el fichero será abierto automáticamente al iniciarse aquél. Esto será especialmente útil cuando sea posible aplicar diferentes programas a un mismo fichero. Por ejemplo, si se desea editar un fichero .atp no se podrá hacer doble clic sobre el mismo. Dado que así lo que se haría es ejecutar la versión de ATP activa, usando ese fichero como entrada. Esta operación se puede emplear también cuando se quiera eliminar algún fichero, dado que la opción Delete está incluida en el cuadro de diálogo que surge al utilizar el botón derecho del ratón. - Por medio de la ventana de últimos comandos.


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6. ATPDRAW La compleja estructura de los ficheros de datos manejados por el programa ATP supone que su creación y edición mediante los editores de texto quede reservado para los usuarios experimentados. Por ello, se ha desarrollado una aplicación gráfica de ayuda, denominada ATPDraw [8-9], capaz de crear y editar sistemas eléctricos para poder simularlos de forma interactiva. Con este preprocesador gráfico, el usuario puede construir un circuito eléctrico de forma gráfica y sencilla. Y posteriormente, desde el propio ATPDraw, crear el código texto del circuito correspondiente en formato .atp de forma que pueda ser interpretado por el compilador. Este programa, que ha sido desarrollado por H. K. Hoidalen de SINTEF Energy Research (anteriormente EFI), cuenta con más de 70 componentes eléctricos predefinidos en su librería e incluye la posibilidad de simular componentes nuevos basados en otros anteriores mediante el módulo Data Base Module (DBM). Permite también la modelización de circuitos tanto monofásicos como trifásicos e incorpora funcionalidades de carácter básico como copiar, pegar, rotar, importar/exportar, agrupar/desagrupar, deshacer o imprimir. Las características más interesantes de este programa, se pueden resumir en las siguientes:

− Se pueden representar esquemas monofásicos y trifásicos. − Se pueden nombrar las diferentes posiciones de los extremos de las líneas y de las barras del sistema. De este modo el usuario puede reconocer rápidamente los nudos del sistema que le interesan. − El usuario puede seleccionar los diferentes componentes por medio de menús desplegables. − Se facilita la creación de módulos o elementos nuevos. Esta opción permite la creación de componentes no incorporados en el programa y de módulos que surgen debido al uso de elementos agrupados o de los mismos parámetros. − Se permite trabajar en más de un circuito independiente al mismo tiempo, gracias a la estructura de ventanas tipo Windows. Por ejemplo, es posible copiar elementos o partes del sistema de uno a otro circuito, exportar a un fichero los elementos seleccionados o importar los componentes guardados en un fichero. Dentro de la carpeta ATPDraw existen varios subdirectorios cuyos nombres están relacionados con la extensión que se les aplica a los ficheros que se utilizan bajo el entorno ATPDraw. Así: - En el subdirectorio Atp se guardan los ficheros con extensión .atp. Es decir, aquellos donde el circuito eléctrico ha sido traducido en modo texto con el formato adecuado para que lo pueda interpretar el compilador. - En Bct se guardan los ficheros .bct que contienen los datos de entrada requeridos por la subrutina BCTRAN para obtener el modelo eléctrico del transformador. - En Grp se incluyen los ficheros que contienen los datos de los grupos creados por el usuario. - En lcc se encuentran los ficheros con extensión .alc que contienen datos de las líneas y cables. Estos ficheros son usados para crear el modelo eléctrico de dichas líneas o cables. - En Project es donde se guardan los ficheros de circuitos eléctricos creados de forma gráfica, a los cuales se les asigna la extensión .adp (también admite la extensión .cir que es la que se utilizaba en versiones anteriores). Dentro de esta carpeta se incluyen una decena de ejemplos con diferentes tipos de circuitos, cuya consulta puede resultar muy interesante para los usuarios no experimentados. - Finalmente, en los subdirectorios Mod y Usp se guardan nuevos dispositivos desarrollados por el usuario, ya sea utilizando la opción MODELS o la opción Data Base Module.

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Por defecto, los ficheros creados por el ATPDraw serán guardados en los directorios antes citados. No obstante, el usuario podrá definir nuevos directorios por defecto en la pestaña Directories del cuadro de diálogo Tools Options.

6.1. Opciones del programa ATPDRAW La pantalla principal de este programa ofrece el aspecto habitual de las aplicaciones desarrolladas en entorno Windows (Figura 6.14) y se divide en tres zonas claramente diferenciadas: línea de menús, barra rápida de herramientas y área de trabajo. Ésta última aparecerá vacía hasta que no se haya abierto algún fichero.

Figura 6.14. Pantalla principal del ATPDraw con el fichero Noname.adp abierto

El menú principal del programa aparece en la parte superior izquierda en horizontal y cuenta con distintas acciones que presentan, a su vez, otras subdivisiones. Las opciones que este menú ofrece son:

-

File: Este submenú, al igual que la mayoría de los programas que funcionan bajo las ventanas de Windows, permitirá: crear un nuevo fichero; abrir uno creado anteriormente; salvar el fichero actual; salvar el fichero actual con otro nombre; cerrar el fichero actual; cerrar todos los ficheros, importar elementos de otros programas que pudieran ser compatibles con este; salvar los dibujos de los elementos del programa; imprimir; y cerrar el programa. - Edit: Este menú contiene varias opciones relacionadas con la edición de objetos del circuito. Debe de seleccionarse uno o más objetos antes de ejecutar cualquier operación sobre ellos. Este menú, al igual que el anterior, contará con las opciones típicas de un programa de uso bajo Windows: deshacer; rehacer; copiar; cortar; duplicar, guardar como mapa de bits; borrar; seleccionar elementos; seleccionar todo; deseleccionar; mover las etiquetas de los elementos; rotar elementos; crear y editar grupos; y añadir comentarios. - View: Con este tercer menú se puede controlar la visualización de varias ventanas y componentes del circuito. Dentro de este submenú se puede encontrar: barras de herramientas; línea de comentarios; opción de zoom; posibilidad de actualizar los cambios; y opciones para personalizar el programa.


-

-

-

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ATP: Este menú permite generar nombres para los diferentes nudos del circuito ( Make Names), generar o editar los ficheros ATP ( Make File As o Edit ATP-file respectivamente) y especificar los ajustes deseados para el fichero de simulación del sistema ( Settings). Además, contiene una opción ( run ATP) con la que se pueden compilar directamente los ficheros con los que se está trabajando. Objects: Este menú permite editar y modificar componentes ya existentes o crear nuevos componentes para su uso en cualquier sistema. De este modo se pueden adaptar a las necesidades de los nuevos usuarios. Los objetos a los que se puede acceder por medio de este menú se dividen en 3 categorías: componentes estándar, componentes especificados por el usuario y MODELS. Tools: El menú de herramientas permite editar iconos de componentes o editar textos de ayuda y guardar diferentes opciones del programa de modo que se establezcan como predeterminadas. Window: El usuario podrá desde este menú activar la ventana correspondiente al circuito que necesite en cada momento. Help: Este menú permite al usuario abrir el fichero de ayuda que lleva consigo el programa ATPDraw. Para acceder a ella es necesario disponer del fichero ATPDraw.HLP.

En cuanto a la barra de herramientas, en ella se incluyen pulsadores que permiten acceder directamente a algunas de las acciones más frecuentes (a las que, como se acaba de explicar, también se puede acceder a través de la línea de menús): crear, abrir o salvar ficheros; deshacer o rehacer; cortar, copiar o pegar; opciones de zoom; actualizar; seleccionar todo o un grupo de elementos; y rotar. Adicionalmente, en la parte derecha de esta barra, se irán automáticamente añadiendo pulsadores correspondientes a los últimos elementos utilizados. De modo que bastará pinchar en dichos iconos para insertar nuevos elementos de esos mismos tipos.

6.2. Componentes estándar del ATPDraw A continuación se incluye un listado con el resumen de los componentes eléctricos estándar incorporados en la librería del ATPDraw. Todos estos componentes pueden seleccionarse para su uso directamente desde los menús desplegables que aparecen cuando se pincha sobre la zona de trabajo de la pantalla (Figura 6.15).

Figura 6.15. Selección de componentes eléctricos

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Elementos de carácter general -

Probe Volt: Voltímetro. Mide la tensión de un nodo respecto de tierra. Probe Branch volt. : Voltímetro. Mide la tensión entre dos nodos del sistema. Probe Curr: Amperímetro. Mide la corriente que circula a través de una rama del circuito. Probe Tacs: Voltímetro/amperímetro usado en sistemas de control diseñados con TACS. Splitter: Transformación de un nudo trifásico a tres nudos monofásicos. Transposiciones de fases en sistemas trifásicos.

Ramas lineales -

-

-

(Branch Nonlinear)

R(i) Type 99: Resistencia de valor variable con la intensidad. R(t) Type 97: Resistencia de valor variable con el tiempo. MOV Type 92: Resistencia dependiente de la intensidad, de forma exponencial. MOV Type 3-ph : Resistencia trifásica dependiente de la intensidad. R(TACS) Type 91 : Resistencia controlada por TACS/MODELS. Autoinducciones de valor variable con la intensidad, con o sin histéresis, con o sin carga inicial.

Líneas y cables -

(Branch Linear)

Resistor: Resistencia pura en ohmios. Capacitor: Capacidad en µF (si Copt = 0) o en Ω (si Copt = freq). Inductor: Inductancia en mH (si Xopt = 0) o en Ω (si Xopt = freq). RLC: Rama/carga monofásica con R, L y C en serie. RLC 3-ph: Rama trifásica asimétrica (con R, L y C en serie). RLC-Y 3-ph: Carga trifásica asimétrica conectada en estrella. RLC-D 3-ph: Carga trifásica asimétrica conectada en triángulo. C: U(0): Condensador con carga inicial. L: I(0): Autoinducción con carga inicial.

Ramas no lineales -

( Probes & 3-phase)

( Lines/Cables)

De parámetros concentrados ( Lumped): - RLC Pi-equiv. 1: Equivalente PI – RLC (mono, bi o trifásico). - RL Coupled 51: Modelos de líneas RL con acoplamiento (para 2, 3 o 2x3 fases). - RL Sym. 51: Modelos de líneas RL simétricas con acoplamiento (para 3 o 2x3 fases). De parámetros distribuidos ( Distributed): - Modelos Clarke para líneas transpuestas. - Modelos KCLee para líneas no transpuestas. LCC: Llamada a subrutinas de apoyo LINE CONTANTS, CABLE CONSTANTS y CABLE PARAMETERS. Read PCH file: Captura de modelos de líneas y cables grabados en ficheros .pch, que han sido previamente generados mediante el program ATP_LCC (preprocesador para la subrutina de apoyo LINE CONSTANTS / CABLE CONSTANTS).


(Switches)

Interruptores -

Switch time controlled: Interruptor monofásico, controlado por tiempo. Switch time 3-ph: Interruptor trifásico, controlado por tiempo. Con posibilidad de operación independiente en cada fase. Switch voltage contr.: Interruptor monofásico, controlado por tensión. Diode (type-11): Diodo. Interruptor tipo 11, no controlado. Valve (type-11): Tiristor. Interruptor tipo 11, controlado por TACS/MODELS. Triac (type-12): Triac. Interruptor tipo 12, doblemente controlado por TACS/MODELS. TACS switch (type-13): Interruptor tipo 13 controlado por TACS/MODELS. Measuring: Interruptor para medida de intensidades. Statistic switch: Interruptor para análisis estadístico. Systematic switch: Interruptor para análisis sistemático.

Fuentes -

-

(Sources)

DC type 11 : Fuente de corriente continua, función escalón. Tensión o intensidad. Ramp type 12: Función rampa entre cero y un valor constante. Tensión o intensidad. Slope-Ramp type 13: Función rampa con dos pendientes. Tensión o intensidad. AC type 14 : Fuente de corriente alterna monofásica. Tensión e intensidad. Surge type 15: Función tipo rayo (doble exponencial). Heidler type 15: Función tipo rayo (Heidler). TACS source: Fuente tipo 60, controlada por TACS. Tensión o intensidad. AC 3-ph. type 14 : Fuente de corriente alterna trifásica. Tensión e intensidad. AC ungrounded: Fuente de corriente alterna monofásica, sin conexión a tierra. Tensión. DC ungrounded: Fuente de corriente continua, sin conexión a tierra. Tensión.

Máquinas -

(Machines)

SM 59: Modelos especiales tipo 59 para máquinas síncronas, trifásicas. Equilibradas y sin saturación. Controlada por TACS o no controlada. UM1 Syncronous : Modelo de máquina universal, para máquinas síncronas trifásicas. UM3 Induction y UM4 Induction: Modelos de máquinas universales, para máquinas de inducción trifásicas. UM6 Single phase: Modelo de máquina universal, para máquinas monofásicas. UM8 DC: Modelo de máquina universal, para máquinas de corriente continua.

Transformadores -

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(Transformers)

Transformadores ideales: monofásico ( Ideal 1 phase) o trifásico (Ideal 3 phase). Transformadores con saturación: mono ( Saturable 1 phase) o trifásico (Saturable 3 phase ). # Sat. Y/Y 3-leg : Transformador con saturación, trifásico. Conexión estrella-estrella. Núcleo de tres columnas con elevada reluctancia homopolar. BCTRAN: Llamada a subrutina de apoyo BCTRAN.

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TACS -

-

-

-

(TACS)

Coupling to Circuit: Elemento para pasar información del circuito a los TACS: 90 – Nudo de tensión. 91 – Interruptor de corriente. 92 – Variable interna especial de un componente. 93 – Estado de un interruptor. Sources: Fuentes TACS: - DC-11: De corriente continua tipo escalón. - AC-14: De corriente alterna cosenoidal. - Pulse-23: Función pulso. - Ramp-24: Fuente en dientes de sierra. Transfer functions: Funciones de transferencia TACS (general, derivativa, integral, filtro pasa bajos y filtro pasa altos). Devices: Dispositivos TACS. - Freq sensor – 50: Sensor para medida de frecuencia. - Relay switch – 51 : Interruptor operado por un relé. - Level switch – 52 : Interruptor operado por un trigger. - Trans delay – 53 : Función retraso. - Pulse delay – 54: Tras un retraso la señal se convierte en un pulso. - Cont integ – 58: Integrador controlado. - Simple deriv – 59: Función derivada simple. - Input IF – 60: Función IF…THEN. - Signal_select – 61: Selector de señal. En función de la posición del selector dará una salida u otra. - Sample_track – 62: Señal de muestreo y seguimiento. - Inst_min/max – 63: Selector de valor máximo o mínimo de una función. - Min/max_track – 64: Valor máximo o mínimo de una señal. - Acc_count – 65: Función acumulador – contador. - Rms meter – 66: Dispositivo para medir el valor eficaz de una función. Initial cond.: Para especificar las condiciones iniciales de elementos TACS. Fortran statements: Permite incluir instrucciones Fortran. - General: Instrucción definida por el usuario. - Math: Operaciones matemáticas. - Logic: Operaciones lógicas. 6.3. Componentes definidos por el usuario

Además de todos los elementos estándar indicados en el apartado anterior, el usuario puede definir sus propios modelos mediante ficheros de texto basados, principalmente, en modelos escritos mediante un editor de textos con la estructura adecuada y modelos desarrollados mediante MODELS o DATA BASE MODULE. Como ya se ha indicado, estos modelos definidos por el usuario se encuentran en los subdirectorios Mod y Usp.


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6.4. Creación de nuevos modelos para el ATPDraw El programa ATPDraw permite realizar la modelización de un sistema eléctrico ante diferentes situaciones, con el fin de obtener los valores del régimen transitorio. Sin embargo, y aunque el ATPDraw está provisto de una importante cantidad de componentes eléctricos, no dispone de algunos modelos que pueden ser necesarios en función del estudio que se quiera realizar. Por ello, permite crear nuevos elementos que puedan facilitar el uso del programa por parte del usuario. El primer paso para la creación de un nuevo objeto es la generación del fichero texto donde se describe el nuevo elemento que se quiere modelizar, para incorporarlo a la librería del ATPDraw. Este fichero texto se puede desarrollar mediante:

-

Las plantillas que incluye el editor de textos PFE32. Escribiendo directamente desde el editor de texto con la ayuda del Rule Book para definir correctamente la estructura del fichero. La opción Data Base Module (DBM), si se quiere que tenga parámetros variables.

El fichero texto creado tiene que compilarse mediante alguna de las tres versiones del ATP, de modo que se obtenga otro fichero con la extensión .lib que será almacenado en el directorio Usp del ATPDraw. Por otro lado, habrá que definir el icono y la ventana, que representen este nuevo componente creado mediante el fichero .lib. Para ello, con la opción Objects User Specified New supfile se crea un nuevo objeto, cuya extensión sea .sup. En este momento habrá que indicar los datos que definen dicho objeto y el número de nudos disponibles para su conexión externa (Figuras 6.16 y 6.17).

Figura 6.16. Definición de datos para el nuevo modelo

Figura 6.17. Definición de nodos para el nuevo modelo

Para especificar el número de datos y de nodos que tendrá el nuevo objeto se utilizarán los recuadros dispuestos al efecto ( Num. data y Num. nodes). En la parte de la izquierda de cada ventana aparecerán tantas líneas como datos/nodos se hayan definido. En el primero de los casos, para cada dato se debe especificar: el nombre, el valor por defecto, los valores máximo y mínimo que pueden tomar y el número máximo de dígitos permitidos. De forma similar, para definir los nodos, se indicarán el nombre, el tipo, la posición que ocupará en el icono que representa el objeto y el número de fases.

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Tanto en una ventana como en la otra aparecen sendos iconos. Pulsando el de la izquierda (donde aparece representada una lámpara eléctrica) se abre un editor de iconos donde se puede diseñar el icono con el que se representará el nuevo objeto creado. Mediante el de la derecha (con un interrogante) se puede acceder a un sencillo editor de ayuda, donde se escribirá el texto que se desee aparezca cuando se solicite ayuda desde el cuadro de diálogo correspondiente a este objeto. Tras definir todos los datos, se pulsará la opción save as y se guardará el fichero con extensión .sup en el subdirectorio Usp, con lo que ya se habrá definido el nuevo componente. Para poder utilizar este nuevo modelo como un componente más del circuito eléctrico que se vaya a diseñar, se hará uso de la opción User Specified Files (Figura 6.18) y se seleccionará el fichero .sup correspondiente a dicho objeto.

Figura 6.18. Inserción elemento de usuario

Figura 6.19. Cuadro de diálogo del elemento de usuario

Una vez insertado el objeto, aparecerá su icono representativo y se podrá utilizar en el circuito conjuntamente con el resto de elementos. Al abrir su cuadro de diálogo aparecerán los datos y nodos que han sido definidos (Figura 6.19). En este punto se debe resaltar que, cuando se utiliza un modelo nuevo definido en base a un fichero .lib, en la ventana de datos (dentro del campo definido por la orden $INCLUDE) hay que indicar el fichero .lib con su path completo. Para facilitar esta operación se puede hacer uso del pulsador Browse, mediante el que se podrá explorar el disco en busca de dicho fichero.

7. WPCPLOT PCPlot es un módulo gráfico del ATP/EMTP que permite la visualización interactiva de los resultados guardados en los ficheros .pl4. La primera versión del PCPlot data de 1988 y hasta 1997 fue desarrollada bajo el sistema operativo MS-DOS. A partir de dicha fecha se distribuye la versión de PCPlot para Windows (WPCPlot) que ha sido escrita usando Borland Delphi. En cuanto a su utilización, sigue las pautas basadas en el manejo de menús y ventanas características de las aplicaciones para Windows. Por lo que en lo sucesivo únicamente se hará referencia a las opciones particulares de este programa, dado que el usuario habitual de Microsoft Windows estará familiarizado con el manejo de las utilidades más comunes.


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Al ejecutar mediante su icono el PCPlot aparecerá la pantalla principal del programa, donde con un formato habitual en el entorno Windows se presenta una barra de menús en la que se encontrarán las opciones File, Edit, Options, Contents, Redraw y Help.

7.1. Menú File Dentro de este menú existen dos posibilidades: abrir un fichero .pl4 y salir del programa (Open PL4 file y Exit respectivamente). La primera de ellas sirve tanto para abrir el primer fichero cuando se ha arrancado el programa como para abrir un nuevo fichero y cerrar el actual, en cuyo caso se preguntará si realmente se desea cambiar el fichero de trabajo. En ambos casos aparecerá el cuadro de dialogo de la Figura 6.20 donde se elegirán las variables a representar y el tipo de representación deseado:

Figura 6.20. Selección de curvas

En la parte izquierda del cuadro aparecen las variables cuyos datos contiene el fichero .pl4 abierto. Para indicar las variables que se quieren representar, basta con seleccionar su identificador y dar al pulsador Select correspondiente o simplemente hacer doble clic con el botón izquierdo del ratón sobre el nombre de la misma. Inmediatamente dicha variable aparecerá en el recuadro superior derecho como seleccionada. Para deseleccionar alguna de las variables elegidas se señalizará sobre dicho recuadro y se pulsará la Deselect o Deselect All según sea el caso. Las variables escogidas pueden ser dibujadas en función del tiempo o en función de una de ellas, según se seleccione la opción correspondiente. En el segundo caso la primera de las variables seleccionada constituirá el eje x y aparecerá señalizada con una “X” a su izquierda. Una vez seleccionadas todas las variables y el tipo de representación se pulsará el OK y aparecerán las curvas deseadas. Cada curva se representa de un color y vendrán identificadas por una leyenda que aparece en la parte inferior del área gráfica. Por defecto, para la representación en función del tiempo, el eje x es etiquetado como la variable tiempo. De todas formas, las etiquetas de ambos ejes son editables en modo texto y por tanto modificables por el usuario. Además pueden moverse dentro del área gráfica usando el ratón y manteniendo pulsada la tecla shift al mismo tiempo.

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7.2. Menú Edit Dentro de este menú aparecen cinco submenús: Curve Redout, Zoom, Copy to clipboard, Curve identifiers y Save as BMP. La opción Curve Readout puede ser activada desde este menú o desde la barra rápida y proporciona los valores de las variables almacenadas en el fichero .pl4 para cada valor de la variable representada en el eje x (Figura 6.21).

Figura 6.21. Representación gráfica de resultados. Curve Readout

Para desplazarse a través de la curva, se pueden utilizar los pulsadores que aparecen en la parte inferior izquierda de la pantalla (inicio, atrás rápido, atrás lento, adelante lento, adelante rápido y final), el ratón o las flechas del teclado. En este último caso combinando el uso de las flechas  con la tecla shift, el movimiento del cursor será más rápido. El salto producido en cada paso de los movimientos rápidos del cursor puede ser definido en la barra rápida. La opción del Zoom puede ser activada desde este menú o mediante la barra rápida y permite seleccionar y ampliar una zona de la ventana gráfica. Para delimitar la zona a ampliar se puede utilizar el ratón o definir los límites superior e inferior de ambos ejes y pulsar el botón zoom en la parte inferior de la pantalla. Mientras que el pulsador Org vuelve a dibujar las curvas con los límites originales.

Figura 6.22. Representación monocromo con identificadores


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El submenú Copy to clipboard permite copiar la pantalla ( Client area) o el área gráfica ( Image area) en el portapapeles y exportar la imagen capturada para su posterior utilización en otros documentos. Para guardar la imagen en un fichero se utilizará la opción Save as BMP. Con la opción Curve identifiers se pueden colocar dentro del área gráfica etiquetas identificativas para diferentes curvas, situándolas con el ratón allí donde se deseen (Figura 6.22).

7.3. Menú Options Dentro de este menú aparecen 7 submenús: Speed bar, Colors, Data directory, Readout step, Font, File type y Monochrome. La primera de ellas ( Speed bar) sirve para hacer visible u ocultar, según sea la opción actualmente activa, una barra de acceso rápido donde se encontrarán algunas de las utilidades ya vistas en el menú Edit tales como el Zoom y Curve readout. Asimismo, marcando la opción Readout step se añadirá a dicha barra de acceso rápido, un cuadro de dialogo donde se podrá modificar el tamaño del salto producido en cada paso de los movimientos rápidos del cursor a que se hacía referencia en el subapartado anterior. A través del submenú Colors se podrá modificar el color del fondo de la pantalla principal (BackGrondColor), del fondo del área de dibujo ( GraphicAreaColor), de los ejes ( Axis Color), de cada una de las curvas representadas ( Curve colors) y del cursor ( Marker color). Todas estas opciones son también accesibles pulsando el botón derecho del ratón sobre el área gráfica. Los colores seleccionados se guardan automáticamente para la siguiente sesión de PCPlot. Por medio de Data directory el usuario puede predefinir el directorio de trabajo. De modo que cada vez que se quiere abrir un nuevo fichero .pl4, el cuadro de diálogo para la selección del fichero a abrir se posiciona directamente sobre dicho directorio, facilitando las tareas de búsqueda. La opción Font permite modificar el color y el tamaño de las fuentes utilizadas en la representación gráfica. Cuando se quiere imprimir la representación gráfica obtenida con el PCPlot como parte de otros programas puede ser conveniente utilizar la opción Monochrome y convertirla en una representación en blanco y negro (opción ya utilizada en la Figura 6.22).

7.4. Otros Por último, y dentro de la misma barra de menús se tienen las siguientes opciones: - Contents permite modificar la selección de variables a representar realizada o el tipo de representación elegido. Para lo cual se remite al cuadro de diálogo de la Figura 6.20. - Redraw vuelve a dibujar las curvas. - Help proporciona una ayuda cuyo contenido y formato es similar al de otros programas del entorno Windows. Para ello es necesario que se disponga del fichero WPCPlot.hlp.

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8. ATP_LCC Este programa ha sido diseñado para facilitar la utilización de las subrutinas de apoyo LINE CONSTANTS, CABLE CONSTANTS y CABLE PARAMETERS. Mediante esta aplicación se obtienen los ficheros con extensión .lin (para líneas) o .cbl (para cables) que podrán ser posteriormente compilados con cualquiera de las versiones del ATP. Operación esta última que proporcionará como resultado los ficheros .pch y .lis. El primero de los cuales puede ser leído por el ATPDraw e incorporado en forma de componente LCC a los circuitos eléctricos que se estén modelizando. Las versiones más recientes del ATPDraw integran la mayor parte de las funcionalidades de este programa y permiten utilizar las subrutinas anteriores directamente mediante los elementos predefinidos Lines/Cables LCC. A continuación se exponen, de modo resumido, las opciones principales que presenta el ATP_LCC. Asimismo, al final de este capítulo se incluye un ejemplo de aplicación donde se explica detalladamente cómo se utiliza este programa.

8.1. Opciones del programa ATP_LCC Cuando se arranca el programa ATP_LCC aparece una pantalla principal que presenta un formato habitual en el entorno Windows (Figura 6.23) y que se subdivide en diferentes zonas: línea de menús, barra rápida de herramientas, zona central y línea de comentarios.

Figura 6.23. Pantalla principal del ATP_LCC con un caso de línea abierto

En la zona central de la ventana se representa la geometría de la línea o cable del caso con en el se esté trabajando. Para ampliar la imagen únicamente es necesario hacer clic con el ratón sobre la zona que se desee aumentar. Por otro lado, la posición del cursor se puede visualizar en todo momento mediante sus coordenadas reflejadas en la parte inferior izquierda de la pantalla. El menú principal del programa aparece en la parte superior izquierda en horizontal y cuenta con distintas acciones que presentan, a su vez, otras subdivisiones. Las opciones que este menú ofrece son: - File: Bajo este menú se podrán efectuar acciones típicas en entorno Windows como: abrir un nuevo caso (de línea o de cable), abrir un caso ya creado, salvar, salvar como, cerrar el caso o salir del programa. - Edit: Este menú contiene las acciones Edit data, Zoom fit y Copy Graphics. Con la primera de ellas se edita el caso que esté abierto, con la segunda se ajusta la representación


-

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gráfica del caso al tamaño actual de la ventana, y con la tercera dicha representación se copia en el portapapeles de Windows para posibilitar su exportación a otros ficheros. ATP: Este menú permite generar o editar los ficheros .atp (Create data case o Edit data case respectivamente) correspondientes a las subrutinas de apoyo LINE CONSTANTS, CABLE CONSTANTS y CABLE PARAMETERS. Help: Esta opción ofrece información sobre el programa.

Algunas de esta opciones también son accesibles directamente desde la barra de herramientas: abrir un caso ya existente, salvar el caso, editar los datos del caso, ajustar el zoom y copiar el área gráfica.

8.2. Edición de un caso de línea Los casos de líneas están destinados a obtener las características eléctricas de las líneas aéreas (mediante la subrutina LINE CONSTANTS) a partir de sus datos de diseño (geométricos y eléctricos). Cuando se editan los datos correspondientes a uno de estos casos, aparece un cuadro de diálogo compuesto de dos hojas ( Line Model y Conductor card). En la primera de ellas (Figura 6.24) se debe elegir el modelo con el que se desea trabajar:

-

Constant parameter: Modelo Bergeron. Tipo Clarke para líneas transpuestas y tipo KCLee para no transpuestas. PI-equivalents: Equivalente pi de la línea. J. Marti: Modelo de línea J. Marti dependiente de la frecuencia. Single freq. output: Impedancia o admitancia de transferencia y/o shunt a una determinada frecuencia. Mutual coupl. output : Calcula el acoplamiento entre una línea y otro conductor. Log.freq.output: Parámetros de la línea de secuencia positiva y cero, para diferentes frecuencias.

Según cual sea la opción elegida, variarán los datos a especificar en las dos hojas que componen este cuadro de diálogo. Una vez introducidos todos los datos, se deberán validar mediante la opción OK y se volverá a la pantalla principal.

Figura 6.24. Edición de un caso de línea

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8.3. Edición de un caso de cable Por su parte, los casos de cables facilitan la obtención de las características eléctricas de los cables (mediante las subrutinas CABLE CONSTANTS y CABLE PARAMETERS) a partir de sus datos de diseño (geométricos y físicos). Cuando se editan los datos correspondientes a uno de estos casos, aparece un cuadro de diálogo compuesto de cinco hojas ( Cable type, Output, Pipe data, Cable data y Line data). Sin embargo, las tres últimas no siempre estarán activas, ya que los datos a introducir dependerán del tipo de cable que se vaya a utilizar. La selección del tipo de cable se debe efectuar en la primera de dichas hojas (Figura 6.25).

Figura 6.25. Edición de un caso de cable

Los tipos de cables contemplados en este programa son:

-

Overhead line: Cables para líneas de transmisión aérea. Estará accesible la hoja Line data. Single core cables: Cable coaxial de núcleo simple. Estará accesible la hoja Cable data. Enclosing pipe: Cables con pantalla conductora. Estará accesible la hoja Pipe data.

Una vez introducidos todos los datos, se deberán validar mediante la opción OK y se volverá a la pantalla principal.

9. EDITOR DE TEXTOS (PFE32) La aparición del procesador gráfico ATPDraw ha simplificado enormemente la creación de los ficheros que serán posteriormente compilados con el ATP. Sin embargo, para los usuarios expertos sigue siendo necesario el empleo de un editor de textos que permite trabajar, entre otros, con los ficheros de entrada al ATP ( .atp o .dat) o de salida del mismo ( .lis). Fundamentalmente, la edición de este tipo de ficheros permite: -

Desarrollar casos más complejos que no estén contemplados en el módulo ATPDraw.

-

Corregir posibles errores.

-

Ser capaces de interpretar los ficheros ejemplo que aparecen en el subdirectorio BNCHMARK de las diferentes versiones de ATP (Salford ATP, Watcom ATP, GNU ATP).


-

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Interpretar los resultados de la simulación que han sido grabados en el fichero de salida .lis. Manejar dichos resultados en forma numérica y cambiar su formato en función de la aplicación con la que van a ser utilizados.

Para escribir los ficheros que contengan toda la información del sistema eléctrico a simular, se puede utilizar cualquier editor de textos que indique el número de columna, pero conviene utilizar el editor de texto PFE distribuido junto con el ATP ya que incluye una serie de plantillas (template) que facilitan la inclusión de datos en el fichero. Esto es debido a que toda la información del sistema eléctrico a simular debe ocupar una posición específica fijada por columnas. Debe tenerse en cuenta que la estructura de los ficheros .atp es muy rígida. Por lo que en el momento de editarlos y modificarlos, resulta indispensable tener a mano el manual de usuario que permite disponer del formato de cada uno de los elementos a simular, e indica el contenido que debe tener cada uno de los parámetros. El PFE32 ofrece las funcionalidades típicas de los editores de texto desarrollados en entorno Windows. Por lo que en este texto, únicamente se hará referencia a los aspectos específicos relativos al trabajo con los ficheros de datos utilizados por el programa ATP. Así, y al objeto de proporcionar una visión general del trabajo con este editor, a continuación se dan unas pautas básicas para desarrollar un fichero .atp (o .dat). En primer lugar se indicará cómo crear el programa principal y, posteriormente, se hará alusión a la utilización de las subrutinas de apoyo. Asimismo, se incluye también una breve referencia a la estructura de estos ficheros de entrada al ATP.

9.1. Programa principal Tal y como se ha dicho, el programa principal debe generarse siguiendo las estrictas reglas sintácticas del ATP, que aparecen reflejadas con todo tipo de detalles en el manual de usuario. Para facilitar dicha tarea, se pueden utilizar las plantillas en formato “template” ( .tpl) que se encuentran en el CD-Rom distribuido por EEUG. Para poder utilizar una de esas plantillas, es necesario adjuntarla previamente al editor de textos PFE32 (Template Attach File). Una vez adjuntada, se podrá utilizar sin más que insertarla en Insert (Figura 6.26). el fichero sobre el que se esté trabajando con la opción Template Utilizando las diferentes opciones de dicho menú ( Template), también es posible editar dichas plantillas, modificarlas o crear otras nuevas y salvarlas.

Figura 6.26. Inserción de plantillas

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Además, se pueden insertar unas plantillas dentro de otras hasta generar la estructura general del fichero .atp con todos sus componentes (Miscellaneus, Branch, Switch, Sources, Outputs, etc.).

9.2. Subrutinas de apoyo Para las subrutinas de apoyo no se contemplan plantillas predefinidas, pero se pueden crear y desarrollar con el editor de textos mediante las opciones del menú Template create file o Template New. Lógicamente, a la hora de diseñar una nueva plantilla será también necesario seguir con exactitud la sintaxis consignada en el manual de usuario del ATP.

9.3. Estructura general de un fichero .atp o .dat En el desarrollo inicial del programa se utilizaban tarjetas perforadas, por lo que hoy en día el fichero de datos del ATP mantiene un formato a base de bloques compuestos de tarjetas. Cada tarjeta comprende una fila y cada fila está dividida en columnas de diferentes anchuras, denominadas rangos. En cada rango hay que introducir un dato, numérico o alfanumérico, para que el compilador lo lea correctamente. Esta estructura es muy rígida y la introducción de un dato fuera del rango que le corresponde da lugar a un mensaje de error por parte del compilador. La estructura general de un fichero .dat (o de un fichero .atp) es la siguiente: BEGIN NEW DATA CASE MISCELLANEUS DATA CARDS ( 2 líneas) /TACS (si existen) /MODELS (si existen) ( sistemas de control) BLANK TACS ENDMODELS C DATOS DE BRANCH (R, L, C, Z en general, transformadores, líneas) BLANK BRANCH C DATOS DE SWITCH (interruptores) BLANK SWITCH C DATOS DE SOURCE (fuentes de V ó I) (fuentes de V/I ideales : rampa, escalón, sinusoidal, máquina síncrona, motores) BLANK SOURCE C DATOS DE LAS VARIABLES DE SALIDA (OUTPUT) (Variables de salida a representar y que se incluirán en el fichero .PL4) BLANK OUTPUT BEGIN NEW DATA CASE BLANK

Si una de las filas comienza con una letra “C” se trata de una fila de comentario y el compilador no la lee. Además, se debe reseñar que existen unas órdenes especiales que pueden escribirse en cualquier parte del programa y que se diferencian porque van precedidas del símbolo “$”. El fichero comienza con una primera línea denominada BEGIN NEW DATA CASE. A continuación vienen dos líneas de MISCELLANEUS. La primera de ellas contiene números no enteros, mientras que la segunda debe ser forzosamente de números enteros. En cuanto a su significado, decir que son una serie de parámetros con los cuales se va a realizar la simulación. Por ejemplo se indica el tiempo máximo de la simulación, cada cuánto tiempo almacena puntos para su posterior representación, etc. Se trata, en definitiva, de especificar el valor de aquellos


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parámetros que en la creación de un fichero mediante el ATPDraw se definían mediante la opción ATP Settings. Después de los MISCELLANEUS se indicarán, si existen, los TACS (o MODELS). Solamente si existen, se iniciarán con /TACS (o /MODELS) y se finalizarán con BLANK TACS (o ENDMODELS). En cuanto a las demás partes del programa son todas obligatorias aunque no existan. Así, por ejemplo a continuación y por el orden en que se indican deberán ir los siguientes datos: -

-

-

-

Empezarán primero las ramas, que acabarán con BLANK BRANCH. En ellas se recogen las ramas del circuito que contienen bobinas, resistencias, capacidades, impedancias, transformadores y líneas. A continuación vendrán los interruptores, que acabarán con BLANK SWITCH. Aquí se indican distintos tipos de interruptores, como aquellos controlados por tiempo, por tensión o los que sirven como amperímetros (denominados MEASURING) ,etc. A continuación se indicarán las fuentes, que acaban con BLANK SOURCE. Aquí se van a indicar las fuentes de tensión e intensidad ideales como la rampa, escalón, sinusoidales, etc. También vendrán indicadas en este apartado las máquinas síncronas así como los motores. Una vez indicados todos estos dispositivos, se expresarán las posibles salidas que se desean obtener del programa, es decir, las señales de salida que se desean representar gráficamente con el PCPlot, PlotX-Y o con el GTPPLOT. Estas terminan con BLANK OUTPUT. Todas ellas aparecerán luego en el fichero .pl4 que se genere con el compilador. Una vez introducido esto, el programa debe de terminar con un BEGIN NEW DATA CASE y con un BLANK. Finalmente, indicar que una línea en blanco es considerada como si se pusiera la expresión “BLANK”.

Figura 6.27. Estructura de un fichero .dat

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También puede admitir la siguiente estructura: BEGIN NEW DATA CASE MISCELLANEUS DATA CARDS ( 2 líneas) /TACS (si existen) /MODELS (si existen) ( sistemas de control) BLANK TACS ENDMODELS /BRANCH (R, L, C, Z en general, transformadores, líneas) / SWITCH (interruptores) / SOURCE (fuentes de V/I ideales : rampa, escalón, sinusoidal, máquina síncrona, motores) /OUTPUT (Variables de salida a representar y que se incluirán en el fichero .PL4) BLANK BRANCH BLANK SWITCH BLANK SOURCE BLANK OUTPUT BEGIN NEW DATA CASE BLANK

De forma similar, la estructura típica para las subrutinas de apoyo es la siguiente: BEGIN NEW DATA CASE Palabra especial que define la subrutina de apoyo Datos específicos del equipo $PUNCH BLANK CARD BEGIN NEW DATA CASE BLANK

Ejemplos de “palabras especiales” son: XFORMER, ACCESS MODULE BCTRAN, SATURA, HYSDAT, LINE CONSTANTS, CABLE CONSTANTS, DATA BASE MODULE, etc.

9.4. Órdenes especiales que van antes de las líneas de “miscellaneus”. Hay una serie de ordenes especiales que han de ir al principio del programa y que permiten la realización de cálculos especiales, como por ejemplo: flujos de cargas, cálculo de armónicos, etc. A continuación se indica la función que desempeñan algunas de estas órdenes. FREQUENCY SCAN

Esta opción permite obtener distintas soluciones en régimen permanente cuando la frecuencia de la fuente sinusoidal se incrementa automáticamente, en cada paso de integración, entre un valor inicial y un valor final de frecuencia. Las amplitudes no varían. Los resultados son valores en el dominio de la frecuencia de tensiones de nudo, intensidades de rama, etc. Al mostrar los resultados de forma gráfica en el eje de abscisas se representa la frecuencia y los valores numéricos los proporciona deforma fasorial (coordenadas polares o cartesianas). Aplicaciones típicas de este módulo son: -

Análisis e identificación de frecuencias resonantes tanto de componentes individuales del sistema como de una red eléctrica. Cálculo de la respuesta en frecuencia de impedancias de secuencia positiva, cero, etc.


-

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Análisis de la propagación de armónicos en sistemas eléctricos utilizando conjuntamente la opción HARMONIC FREQUENCY SCAN. HARMONIC FREQUENCY SCAN

La opción HFS realiza un análisis armónico determinando una cadena de resultados en magnitudes fasoriales, a través de fuentes sinusoidales definidas por el usuario, de distinta frecuencia y amplitud. Comparando esta opción con los análisis de distorsión armónica realizado en el dominio del tiempo, se obtiene la ventaja de una reducción en el tiempo de cálculo del orden de diez o más veces. Los modelos desarrollados dentro de esta opción son: -

Elementos R-L-C dependientes de la frecuencia Cargas dependientes de la frecuencia, basados en modelos desarrollados por CIGRE. Fuentes de tensión e intensidad armónicas con amplitud y fase dependiente de la frecuencia. FIX SOURCE

Esta opción permite calcular un flujo de cargas. Para ello se utiliza el fichero de datos en el que se describen los componentes del sistema eléctrico a simular, pero es necesario que no halla motores conectados. Por otra parte, la duración de la simulación (settings o miscellaneus data card) debe ser un número negativo, por ejemplo –1, para indicar que la simulación termine una vez calculado el flujo de cargas.

10. EJERCICIOS RESUELTOS 10.1. Ejemplo 1. Análisis de faltas en sistemas de energía eléctrica A continuación se aplicará el paquete software ATP-EMTP en la simulación del sistema eléctrico presentado y resuelto en el ejemplo 1 del capítulo correspondiente al SimPowerSystems de MATLAB. Los datos necesarios para llevar a cabo la resolución aquí planteada son, por tanto, los mismos que se proporcionan en dicho capítulo. 10.1.1. Modelización de los elementos del sistema

Desde la pantalla del ATPCC se llama al programa ATPDraw por cualquiera de los métodos vistos anteriormente. Una vez aparezca la pantalla principal del ATPDraw, se abrirá un nuevo fichero .adp donde se guardará el sistema objeto de estudio. El siguiente paso será representar el sistema mediante un circuito cuyos elementos simbolicen sus distintos componentes y permitan simular su comportamiento en las situaciones reales que puedan producirse. Así, utilizando el programa ATPDraw, se procede a representar el modelo del sistema cuyo esquema general es el indicado en la Figura 6.28.

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Figura 6.28. Modelo del sistema

SISTEMAS DE GENERACIÓN En realidad, los sistemas de generación a modelizar representan las interconexiones del sistema analizado con el resto del sistema de energía eléctrica y resultan necesarios para proporcionar una alimentación trifásica de 25 kV y 220 kV, que se aplican al primario y secundario del transformador respectivamente, y de una frecuencia de 50Hz. Para proceder a su simulación, se van a manejar fuentes ideales en serie con sendas impedancias. Generadores ideales

Pulsando el botón derecho del ratón sobre la zona de trabajo, aparecerá un cuadro con todos los componentes estándar del ATPDraw. De entre ellos se escogerá la fuente Sources AC 3-ph type 14 que se corresponde con una fuente de corriente alterna trifásica. Acción que se repetirá para el segundo generador. A continuación se ubica y orienta cada uno de los generadores para representarlos en la posición deseada. Seleccionándolos para seguidamente arrastrarlos con el ratón en el primer caso y utilizar la tecla rápida correspondiente o pulsar el botón derecho del ratón en el segundo. Una vez situadas las fuentes de ambos generadores se procederá a definir sus parámetros. Para ello se posicionará el cursor sobre el generador y, sin seleccionarlo, se pulsará el botón derecho del ratón. También se puede realizar esta operación haciendo doble clic sobre el elemento a parametrizar (seleccionado o no). Aparecerá entonces un cuadro de atributos donde se introducirá el valor de cada uno de los parámetros característicos del generador. En las Figuras 6.29 y 6.30 pueden verse los valores introducidos en este caso para los dos generadores. Si se quiere conocer el significado de cada uno de los parámetros, basta con utilizar la ayuda ( Help) del propio cuadro.


Figura 6.29. Parámetros del generador 1

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Figura 6.30. Parámetros del generador 2

Las etiquetas identificativas de los elementos que componen el circuito pueden ocultarse seleccionando la opción Hide que aparece en la parte inferior derecha del cuadro de atributos correspondiente. Si lo que se quiere es cambiar su ubicación dentro del dibujo, puede arrastrarse con el ratón hasta el lugar deseado. Se hace notar que una vez se haya definido un elemento mediante su cuadro de atributos, el color con el que se representa el mismo cambia de rojo a negro. Impedancias internas Siguiendo el mismo procedimiento que en el apartado anterior, se elegirá ahora el componente Branch Linear RLC 3ph que representa una impedancia trifásica. Se repetirá la operación para la impedancia del segundo generador y se situarán en serie con cada una de las fuentes. Para conectar entre sí dos elementos, basta con situarlos en el plano de trabajo de manera que sus bornes queden unidos (Figura 6.31). O de otro modo, unirlos mediante una línea que automáticamente representará una conexión mono o trifásica según sea la naturaleza de los elementos interconectados.

Figura 6.31. Conexión de impedancias internas

Figura 6.32. Parámetros de la impedancia 1

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Los valores que en este ejemplo se han asignado a la impedancia interna del generador 1 son los que aparecen en el cuadro de atributos representado en la Figura 6.32. Cuadro que se abrirá siguiendo el mismo procedimiento que el visto en el caso de los generadores. La impedancia interna del segundo generador será también equilibrada y se deberán definir sus parámetros R (0,462 Ω), L (14,64 mH) y C (0 - anulado). Del mismo modo, cuando sea necesario conocer la tensión, corriente o energías asociada a un determinado elemento, pueden definirse como salidas sin más que seleccionar la opción correspondiente en el menú desplegable ( Output) de la parte inferior de su cuadro de atributos. TRANSFORMADOR TRIFÁSICO Es un transformador trifásico del tipo Yn-Yn-D. Para configurarlo, se utilizará el modelo genérico de transformador trifásico ( Transformers Saturable 3 phase), que se corresponde con un transformador trifásico con saturación de tres arrollamientos.

Figura 6.33. Parámetros del Transformador

Se conectará su primario (P) a la impedancia Z1, su secundario (S) a la barra de la subestación y el devanado terciario (T) a tierra a través de una carga trifásica en estrella. El cuadro de atributos correspondiente a este transformador así como los datos y características que se utilizarán en este ejemplo se muestran en la Figura 6.33. Con objeto de simplificar la aplicación, no se ha definido la saturación del transformador. REACTANCIA TRIFÁSICA DE PUESTA A TIERRA La carga trifásica en estrella conectada a la salida del terciario se encuentra en Branch Linear RLC-Y 3ph y, para dar a la misma un carácter reactivo, se supone una reactancia pura de valor 1270 mH (Figura 6.34).


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Figura 6.34. Parámetros de la reactancia de puesta a tierra

Esta carga se conectará al terciario del transformador siguiendo el procedimiento explicado anteriormente y que puede seguirse en la Figura 6.35: Clic con el botón izquierdo del ratón en el borne del primer elemento, desplazar cursor hasta hasta posicionarlo sobre el borne o punto con el que se desea realizar la conexión y al hacer de nuevo clic quedarán conectados ambos puntos.

Figura 6.35. Proceso de conexionado de nudos

A continuación, se procederá a conectar a tierra tanto el neutro de la estrella formada con esta carga trifásica, como el de los dos bobinados en estrella del transformador. Para ello, se hará clic con el botón derecho del ratón sobre el borne correspondiente al nodo que se desea conectar a tierra. Se presentará entonces un cuadro de dialogo, donde se seleccionará la opción Ground y se validará la conexión mediante el pulsador OK. LÍNEA AÉREA TRIFÁSICA El modelo de línea utilizado para la simulación de la línea de transporte es el de Clarke de Distributed Transposed parámetros distribuidos, transpuesta, trifásica ( Lines/Cables Lines (Clarke) 3 phase). Con el fin de simular una falta bifásica en un punto determinado de la línea, se va a subdividir la misma en dos tramos cuyas longitudes se podrán modificar sin más que cambiar el valor del parámetro correspondiente ( l) del cuadro de atributos. En la Figura 6.36 se observan los valores característicos de la línea utilizada en este ejemplo. Lógicamente Lógicamente dichos parámetros, a excepción de la longitud, son iguales en ambos casos al tratarse de la misma línea que se ha subdividido artificialmente a efectos de cálculo para la simulación de la falta. Se ha previsto inicialmente que

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la falta objeto del estudio se halla localizada a una distancia de 100 y 50 kilómetros desde los respectivos extremos.

Figura 6.36. Parámetros de la línea de transmisión

Una vez situados los dos tramos de la línea, se procederá a unirlos para conformar la línea completa. Del mismo modo, se conectarán los dos extremos de la línea con sus respectivos sistemas de generación. IMPEDANCIA EQUIVALENTE DE RED Para simular el resto de la red, se coloca una impedancia equivalente, que esté también alimentada por los dos sistemas de generación. Es decir, en paralelo con la línea de transmisión. Impedancia trifásica que, tal y como se vio anteriormente, aparece modelizada en Branch Linear RLC 3ph. Aunque como ya ha sido utilizada, también puede copiarse alguna de las impedancias del circuito y modificar sus parámetros, o introducir una impedancia nueva pulsando sobre sobre el icono que habrá aparecido aparecido sobre la barra de de herramientas (Figura 6.37). Asimismo, en la Figura 6.38 se representa el cuadro de atributos donde se definen los valores que caracterizan a la red.

Figura 6.37. Uso de la barra de herramientas

Figura 6.38. Parámetros de la impedancia equivalente


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FALTA BIFÁSICA Para modelizar la falta bifásica en la línea de transporte, en cada una de las fases implicadas se colocará un interruptor con apertura y cierre controlados por tiempo. Así como una resistencia conectada a tierra, cuyo valor se podrá modificar para simular el efecto de faltas más o menos francas. Asimismo, y con objeto de poder simular la falta entre dos fases y tierra, se utilizará uti lizará un “splitter” o elemento que transforma un nudo trifásico en tres nudos monofásicos. De este modo será posible acceder a cada una de las fases por separado. Este componente se halla en Probes & 3phase Splitter y una vez girado convenientemente, se arrastrará con el ratón hasta situar su nudo trifásico sobre la interconexión entre los dos tramos que componen la línea lí nea de transmisión. Los interruptores de cierre y apertura controlados por tiempo se seleccionan en Switches Switch time controlled y serán utilizados para provocar y despejar la falta en los tiempos que se definan en el cuadro de atributos correspondiente (Figura 6.39). También será posible simular faltas monofásicas a tierra sin más que anular el cierre de uno de ellos. En este ejemplo se simula una falta bifásica a tierra, que se produce a los 0,1 segundos y dura también 0,1 segundos (hasta los 0,2 segundos).

Figura 6.39. Parámetros de los interruptores

Figura 6.40. Parámetros de las resistencias de falta

Resistor se elegirán las resistencias monofásicas con las que simular En Branch Linear faltas de diferentes resistencias. Inicialmente la falta bifásica se considera prácticamente sin resistencia a tierra (Figura 6.40). Una vez situados y definidos los distintos elementos, se procederá a realizar las conexiones indicadas en la Figura 6.28. Incluyendo las conexiones a tierra. Nótese aquí la diferente representación de las conexiones mono y trifásicas. Utilizando líneas finas en el primer caso y por medio de trazos gruesos en el segundo. ELEMENTOS DE MEDIDA Para analizar los resultados se colocan distintos voltímetros y amperímetros en el sistema. Este tipo de elementos se obtiene dentro del apartado Probes & 3-phase y en este caso se utilizarán dos voltímetros (Probe Volt) y un amperímetro ( Probe Curr).

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Las magnitudes definidas como salidas son aquellas que al ejecutar el programa ATP serán guardadas guardadas en el fichero .pl4 que luego será utilizado para representar gráficamente los resultados con el PCPlot. Cabe recordar aquí que, aunque en este ejemplo no se ha empleado, el propio cuadro de atributos de muchos componentes permite definir como salidas del sistema magnitudes tales como la tensión, corriente o energía asociada a ese determinado elemento. A la hora de posicionar y conectar estos elementos de medida, se empezará por los amperímetros. Seguidamente se harán las conexiones que aún faltaban por llevar a cabo, y por último se ubicarán los voltímetros de modo que su toma se halle sobre el punto donde se desea realizar la medida. Una vez han sido introducidos en el circuito, hay que definir para cada caso si se trata de elementos mono o trifásicos. En este último caso, habrá que especificar también la o las fases cuya medida se quiera registrar (Figura 6.41).

Figura 6.41. Definición de los aparatos de medida

Figura 6.42. Definición de los nudos del sistema

DEFINICIÓN DE NUDOS Como último paso, es necesario identificar todos y cada uno de los nudos del circuito. Para ello, se hará doble clic sobre cada nudo (o clic con el botón derecho del ratón) y en el cuadro de diálogo que aparece se introducirá el nombre con el que será identificado en adelante (Figura 6.42). En el ejemplo, sólo se dará un nombre concreto a los nudos correspondientes a la salida de cada subestación (SE1 y SE2 respectivamente) y a aquellos cuyas magnitudes se van a visualizar (T1: primario del transformador y PF: punto de la línea en falta). Si se desea que los nombres sean visibles en el circuito, se marcará la opción Display del cuadro de diálogo. A continuación, y con objeto de evitar tener que repetir el proceso anterior para todos aquellos nudos del circuito a los que por diversos motivos no interesa identificar, se procederá a utilizar util izar la opción ATP Make Names. La función de este comando es doble. Por un lado etiqueta todos los nudos del sistema que previamente no hayan sido identificados, asignándoles un nombre que aunque para el usuario no tenga utilidad, resulta imprescindible para el correcto funcionamiento del programa. Y por otro, identifica todos los nudos del circuito que, dadas las conexiones realizadas, conforman un único nodo eléctrico y procede a asignarles el mismo nombre.


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10.1.2. Generación del ejecutable

Previamente a la generación del fichero .atp o ejecutable se procederá, si no se ha hecho ya, a grabar el circuito en un fichero .adp. Para ello se seguirá un procedimiento análogo al utilizado en otros programas del entorno Windows, mediante el menú File Save o su icono de la barra de herramientas. A continuación, se deben configurar los parámetros o “settings” del proceso de simulación. Mediante ellos se definen las condiciones o ajustes generales para la simulación del sistema eléctrico construido con el ATPDraw a partir de los distintos elementos disponibles.

Settings) a un cuadro de Para realizar esta operación se accederá a través del menú ( ATP diálogo compuesto por varias hojas donde se pueden destacar las dos primeras: Simulation (Figura 6.43) y Output (Figura 6.44).

Figura 6.43. Parámetros de simulación

Figura 6.44. Parámetros de salida

En la primera de ellas se definen los parámetros: -

-

-

delta T: Intervalo de tiempo para la integración numérica. Se realiza un paso de simulación cada “delta T” segundos. Tmax: Tiempo total de la simulación en segundos. Al cumplirse este tiempo, se da por concluido el proceso de simulación. Xopt: Indica las unidades en que se define el valor de una autoinducción: Si Xopt = 0; El valor se indicará en mH. o Si Xopt = frecuencia del sistema; El valor se indicará en Ω. o Copt: Indica las unidades en que se define el valor de las capacidades: Si Copt = 0; El valor se indicará en µF. o Si Copt = frecuencia del sistema; El valor se indicará en Ω. o Simulation Type: Se selecciona el tipo de simulación que se desea. En este caso se optará por la simulación en el dominio del tiempo.

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De la hoja correspondiente a la salida se reseñarán los dos siguientes:

Print freq: Indica la frecuencia con la que se muestran los resultados numéricos por pantalla durante el proceso de compilado. En el ejemplo se indica que en pantalla serán presentados los resultados de uno de cada 500 pasos de simulación realizados. - Plot freq: Indica la frecuencia con la que se salvan los valores de las variables de salida en el fichero.pl4 para su posterior representación gráfica. Siguiendo con este ejemplo, el fichero .pl4 contendrá los datos de todos los pasos de simulación realizados, dado que se almacenarán una de cada 1 integraciones efectuadas. -

Si una vez modificados los valores de estos parámetros se quiere mantenerlos y poder utilizarlos en posteriores simulaciones, se deberá salvar de nuevo el fichero. De modo que la siguiente ocasión en que el fichero sea llamado, se abra con los nuevos ajustes. El siguiente paso será generar el fichero ejecutable .atp, para lo cual se escogerá la opción ATP Make File As del menú principal. Al hacerlo, el programa presentará un cuadro de diálogo donde automáticamente se denominará al fichero .atp con el mismo nombre que tiene el .adp utilizado y aparecerá el directorio definido en Tools Options ·Directories ATP folder. No obstante lo anterior, siempre quedará a criterio del usuario modificar el nombre del fichero .atp (por ejemplo, cuando se quiera hacer varias simulaciones de un mismo sistema pero con diferentes ajustes) o guardarlo en un directorio distinto al marcado por defecto. Una vez creado el fichero .atp, y aunque es posible ejecutarlo desde la propia aplicación gráfica, se cerrará el ATPDraw y se volverá al ATPCC. Para desde allí utilizar de una manera más sencilla y cómoda el resto de programas que componen este paquete. 10.1.3. Ejecución del fichero .atp con el programa ATP

Al volver a la pantalla principal del programa ATPCC, dentro del correspondiente menú desplegable, se seleccionará el proyecto al que se haya asignado el caso creado. Al pulsar la tecla ATP se comprobará que en la ventana derecha de la zona de trabajo aparecerá ya reflejado el fichero .atp que se ha generado en el paso anterior (Figura 6.45).

Figura 6.45. Programas con filtro ATP

Figura 6.46. Programas con filtro ATPDraw


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Del mismo modo, si se pulsa la tecla ATPDraw el fichero .adp del nuevo caso será automáticamente presentado junto con el resto de los archivos que pudieran existir ya en ese directorio y que cumplan el filtro definido en las opciones del ATPCC (Figura 6.46). Para variar la topología del sistema objeto del estudio o modificar alguno de sus parámetros, se puede abrir el programa ATPDraw utilizando la línea de menús o el icono de la barra de acceso rápido. En ambos casos se tendrá que abrir el fichero .adp correspondiente, localizándolo en la carpeta donde se halle guardado. De manera más rápida, será posible abrir directamente un fichero .adp, haciendo doble clic sobre su nombre en la ventana de la Figura 6.46. Para ejecutar el fichero .atp, se seleccionará en el menú desplegable ATP Programs el programa ATP que se desee utilizar y a continuación, desde la pantalla reflejada en la Figura 6.45, se seguirá alguno de los siguientes procedimientos: - Pulsar Execute ATP. En este caso se ejecutará la versión del ATP-EMTP seleccionada, utilizando como fichero de entrada aquél que se haya definido previamente en el cuadro ATP input data file. - Hacer doble clic directamente sobre el fichero de extensión .atp que se desee utilizar como entrada al programa. - Pulsar el botón derecho del ratón. Una vez seleccionado el fichero de extensión .atp que se desea sirva como entrada, se pulsa el botón derecho del ratón dentro del área de la ventana de ficheros. A continuación aparecerá un cuadro de diálogo donde se escogerá la opción correspondiente al programa ATP. Al ejecutar el ATP se abrirá una ventana donde se reflejarán tanto el estado de la ejecución del programa, como los posibles errores que hayan podido surgir en dicho proceso. En caso de haber both, también se presentarán en pantalla los resultados seleccionado la opción Save on obtenidos. Esta ventana deberá ser cerrada una vez haya finalizado la ejecución del programa. Asimismo, la ejecución del programa va a proporcionar como resultado los ficheros .lis y .pl4 que automáticamente serán denominados con el mismo nombre del fichero .atp utilizado como entrada. En este caso, se comprobará que al pulsar de nuevo ATP aparecerá también el fichero .lis donde se salvan todas las incidencias acaecidas durante el proceso de ejecución del programa y los resultados obtenidos en el mismo. Este fichero es editable y puede abrirse con un editor de textos siguiendo un procedimiento análogo al descrito para los ficheros .adp. El fichero .pl4 será mostrado cuando se pulse PCPlot y en él han sido guardados todos los datos relativos a las magnitudes que en el proceso de modelización del sistema hayan sido definidas como salidas y que, posteriormente, serán representadas gráficamente utilizando el programa PCPlot. 10.1.4. Representación gráfica de los resultados

Para representar gráficamente los resultados obtenidos en la simulación del sistema modelizado se puede utilizar cualquiera de los programas gráficos compatibles con este paquete.

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En este ejemplo se utilizará el PCPlot, programa que se llamará desde la pantalla principal del ATPCC a través de la línea de menús o de su icono en la barra de acceso rápido. Si en la ventana de la zona de trabajo se tiene visible el fichero .pl4 cuyos datos se desea representar, se puede abrir programa y fichero a la vez haciendo doble clic sobre el nombre del segundo. Bien sea de un modo u otro, al abrir el fichero .pl4 aparecerá el cuadro de diálogo de la Figura 6.47 donde se elegirán las variables a representar y el tipo de representación deseado.

Figura 6.47. Selección de curvas

En primer lugar se seleccionarán las tensiones en el primario del transformador según se ha explicado en el apartado teórico correspondiente. Hecho lo cual se presentará en pantalla el gráfico de la Figura 6.48, donde se observa que antes de producirse la falta (en t = 0,1 s) el sistema es equilibrado en tensiones. Al tener lugar el defecto, se produce una disminución claramente apreciable en la tensión de las fases en falta. Cuando se despeja la falta (en t = 0,2 s) ambas experimentan un brusco incremento y, tras superar un periodo de inestabilidad, se estabilizan nuevamente en los valores originales. Entre tanto, la tensión de la fase sana prácticamente no se ve afectada y mantiene en todo momento un valor similar.

Figura 6.48. Tensiones en el primario del transformador

Para representar la tensión en el punto de la línea donde se ha producido la falta, se escogerá la opción Contents de la línea de menús. Al hacerlo, el programa presentará de nuevo el cuadro de diálogo de la Figura 6.47, donde se anulará la selección anterior y se elegirán las tensiones de fase correspondientes al punto de falta (Figura 6.49).


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Figura 6.49. Tensiones en el punto de falta

Cual era de esperar, se puede observar cómo en el punto de falta, y durante el tiempo que dura dicha falta, las tensiones de las dos fases afectadas se ponen a cero (por ser en el ejemplo nula la resistencia de la falta). Mientras tanto, la tensión de la fase sana varía ligeramente dependiendo del punto de la línea donde ésta se produzca. Con la desaparición de la falta ambas tensiones vuelven a sus valores iniciales, no sin antes pasar por un periodo transitorio. Si se repite el mismo proceso y se seleccionan las intensidades en el punto de falta, se observa que la intensidad derivada a tierra es siempre nula excepto durante el tiempo que dura dicha falta. Mientras que la corriente derivada de la fase sana sigue siendo nula durante la falta, la de las dos fases en fallo padecen un enorme incremento. Con la desaparición de la falta ambas intensidades vuelven a anularse (Figura 6.50).

Figura 6.50. Intensidades derivadas a tierra

Como continuación y profundización del estudio, se propone al lector la modificación de los parámetros o del propio modelo para simular el comportamiento del sistema ante todo tipo de faltas (monofásicas, bifásicas y trifásicas, con o sin derivación a tierra), en diferentes puntos de la línea de transmisión y con distintos valores de la resistencia a tierra.

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10.2. Ejemplo 2. Obtención del modelo de un transformador A continuación, se muestra un ejemplo de la utilización de la subrutina BCTRAN aplicada a la simulación de un transformador trifásico de tres devanados. En las expresiones se designarán con subíndice 1 aquellas magnitudes referentes al devanado primario o de alimentación (el de alta tensión), con subíndice 2 las referentes al devanado secundario de media tensión, y con subíndice 3 las que hagan referencia al devanado terciario, el de menor tensión. Los datos de partida necesarios para poder utilizar la subrutina de simulación BCTRAN son las características asignadas del transformador y los resultados de sus ensayos típicos (Tablas 6.1 a 6.6). TENSIÓN (V) 126000 50000 15700

f = 50 Hz

PRIMARIO SECUNDAR. TERCIARIO

INTENSIDAD (A) 229 461 735

POTENCIA (MVA) 50 40 20

CONEXIÓN ESTRELLA ESTRELLA TRIÁNGULO

Tabla 6.1. Características asignadas del transformador DEVANADOS

GRUPO DE CONEXIÓN

PRIMARIO-SECUNDARIO PRIMARIO-TERCIARIO

Yy0 Yd11 Tabla 6.2. Grupo de conexión

BOBINADO DE ALIMENTACIÓN

TENSIÓN (V)

INTENSIDAD (A)

POTENCIA (W)

PRIMARIO

126000

0,7558

44750

Tabla 6.3. Ensayo de vacío DEVANADO ALIM. CORT. PRIM. PRIM. SEC.

SEC. TERC. TERC.

INTENS. (A)

S BASE (MVA)

TENSIÓN (V)

POTEN. (W)

TEMP. (ºC)

183,2 91,6 230,5

40 20 20

16344 9300 7404

166800 85200 104400

19 19 19

Tabla 6.4. Ensayos de cortocircuito ENSAYO

P j19º C (W)

Pa19º C (W)

PRIMARIO-SECUNDARIO PRIMARIO-TERCIARIO TERCIARIO-SECUNDARIO

128000 73400 71420

37900 11800 32980

Tabla 6.5. Pérdidas de cortocircuito

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DEVANADO

MATERIAL

COEFIC. MATERIAL

TEMPERATURA (ºC)

RESIST. (Ω)

PRIMARIO SECUNDARIO TERCIARIO

COBRE COBRE COBRE

234,5 234,5 234,5

19 19 19

1,3577 0,1898 0,0687

Tabla 6.6. Medida de resistencias

Las resistencias indicadas son el resultado de calcular el valor medio de las tres medidas que se pueden hacer entre dos bornes de cada lado del transformador. Además de los datos anteriores, que se pueden llamar directos, para simular este transformador hay que dotar al EMTP-ATP de otros valores indirectos que se calculan a continuación. Resistencias: R1 =

R3

R   ∑  = 0,6788Ω 2  3 

1 

R2 =

R   ∑  = 0,0949Ω 2  3 

1 

3  R  =  ∑  = 0,1031Ω 2  3 

Estos valores están referidos a la temperatura de 19ºC. Ensayos de cortocircuito: En el primer ensayo se alimenta por el primario y se cortocircuita el secundario. U 1cc = 16344 V I 1cc = 183,2 A (base 40

Datos:

MVA)

Pcc = 166,8 kW 19

Según protocolo de ensayos:

19

P j

= 128,9 kW

Pa19 = 37,9 kW

Comprobación: P j19 = 3 ⋅ I 12 ⋅ R119 + 3 ⋅ I 22 ⋅ R219 P j19 = 3 ⋅ 183,2 2 ⋅ 0,6788 + 3 ⋅ 4612 ⋅ 0,0949 = 128,85kW

Las pérdidas por Joule y adicionales deben transformarse a la temperatura de 75ºC. P j75

= P j19

1 / α + 75 309,5 = 128,9 = 157,32kW 1 / α + 19 253,5

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Pa75 = Pa19

1 / α + 19 1 / α + 75

= 37,9

253,5 309,5

= 31,05kW

Por tanto, las pérdidas de cortocircuito a 75ºC son: 75 º C

Pcc

75 º C = P J 75ºC + Padic = 188,37kW

La impedancia existente es requerida internamente por el programa y su valor se indica a continuación: Z CC =

Z base =

3

U ATCC

=

I ATCC

16344

3

183,2

= 51,508Ω

3

U ATnom I ATnom

S pos = S base = 40 MVA

Zpos12 =

Z cc Z base

Zpos12 =

100 =

U ATcc S pos

3 I ATcc ( U ATnom )

16334 ⋅ 40 ⋅ 10 6 3 ⋅ 183,2 ⋅ (126000 )

2

2

100

100 = 12,98%

De igual modo, efectuando las mismas operaciones con los datos recogidos en los ensayos de cortocircuito primario – terciario y secundario – terciario, se obtendrán los resultados reflejados en la Tabla 6.7. DEVANADO

Zpos

S base

75 º C

Pcc

ALIM.

CORT.

(%)

(MVA)

(kW)

PRIM. PRIM. SEC.

SEC. TERC. TERC.

12,98 7,38 14,84

40 20 20

188,37 99,25 114,19

Tabla 6.7. Ensayos de cortocircuito

Ensayo de vacío En este caso únicamente se ha realizado un ensayo de vacío a tensión nominal, por lo que no será posible tener en cuenta la saturación del circuito magnético y se considerará una magnetización lineal. Si se desea contemplar la alinealidad del circuito magnético, será necesario realizar ensayos de vacío a diferentes tensiones e introducir su efecto mediante una inductancia externa en cuyo modelo se hará uso de la subrutina de apoyo SATURA. Por lo tanto, en este ejemplo se necesitarán solamente los datos de tensión (%), corriente (%) y pérdidas en el ensayo de vacío. Datos:

= 126000 V I 10 = 0,7558 A P0 = 44750 W U 10


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Como el ensayo ha sido realizado por el lado de alta tensión, los valores de referencia serán 126000 V y 229 A respectivamente. U 0 (%) =

126000 126000

⋅ 100 = 100%

;

I 0 (%) =

0,7558 229

⋅ 100 = 0,33%

A continuación, desde el ATPDraw se selecciona la opción Transformers aparecerá su icono correspondiente (Figura 6.51).

BCTRAN y

Figura 6.51. Apertura de un elemento BCTRAN

Haciendo doble clic sobre el icono se abrirá el cuadro de diálogo de dicho elemento, donde se introducirán los datos solicitados: Generales (Structure): número de fases y de devanados, tipo de núcleo o si se desea obtener como salida la matriz de inductancias inversa ( AR). - Características asignadas ( Ratings): tensión, potencia, conexión y desfase de cada devanado. - Valores obtenidos en los ensayos ( Factory tests). En este caso existe una ficha diferente para cada ensayo. Vacío (Figura 6.52): Se debe indicar el devanado desde el que se ha alimentado o (Performed at), donde se desea ubicar la rama de vacío ( Connect at), los datos de los ensayos realizados y cómo se desea considerar la magnetización del circuito magnético (lineal interna en el elemento BCTRAN, mediante una inductancia externa o por medio de inductancia y resistencia externas). También se contempla la posibilidad de incorporar los datos correspondientes a la secuencia cero. Cortocircuito (Figura 6.53): En este caso se indicarán la impedancia de cortocircuito o (%), la potencia base para la que se ha efectuado y las pérdidas en cada uno de los ensayos realizados. También aquí se pueden introducir los datos correspondientes a la secuencia cero. -

Una vez consignados todos los datos, se validarán ( OK) y se salvará en un fichero .bct dentro del directorio Bct. En este momento el programa dará la posibilidad de generar el fichero .atp correspondiente y, en caso de respuesta afirmativa, se compilará automáticamente originado los ficheros .lis y .pch.

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Figura 6.52. Datos del ensayo de vacío

Figura 6.53. Datos del ensayo de cortocircuito

La última versión del ATPDraw incluye también dentro de este cuadro de diálogo otras opciones como: importar un elemento bctran ya existente, salvar como, ejecutar el ATP, ver la curva de magnetización, copiar o ayuda. Una vez obtenido el fichero .pch, el elemento BCTRAN creado puede ser ya utilizado para modelizar el transformador y para utilizarlo en el sistema eléctrico con el que se vaya a trabajar. Por último, se propone al lector que utilice la subrutina BCTRAN para obtener el modelo del transformador trifásico cuyo circuito equivalente se obtiene en el ejemplo 1 del capítulo 2.

10.3. Ejemplo 3. Obtención del modelo de una línea A continuación, se muestra un ejemplo de aplicación del programa ATP_LCC para utilizar la subrutina LINE CONSTANS y obtener el modelo eléctrico de una línea a partir de sus datos de diseño. La información relativa a la línea de 380 kV simulada se indica en la Tabla 6.8. Longitud: Nº de circuitos:

128,271 km 1

Conductores de fase Material: Tipo: Diámetro exterior: Diámetro interior: Sección: Resistencia en c.a. (20ºC): Nº de conduct./fase:

Nº de apoyos: Amarre: Suspensión:

312 30 282

Cable de tierra ALUMINIO-ACERO HAWK 21,80 mm 8,04 mm 281,1 mm2 0,0307 Ω/km 4

Material: Tipo: Diámetro exterior: Diámetro interior: Sección: Resistencia en c.a. (20ºC):

Tabla 6.8. Datos de la línea

ACERO 1 x 19 + 0 11,90 mm Macizo 83,80 mm2 x 2 5,43 Ω/km


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Asimismo, la disposición geométrica de los conductores se representa en la Figura 6.54, donde las medidas se expresan en metros.

Figura 6.54. Disposición de los conductores

Los conductores de tierra son macizos, por lo que su coeficiente Skin toma el valor de 0,5. En cuanto a los conductores de fase, el coeficiente Skin se calcula de la siguiente forma: Skin =

∅ ext. − ∅ int. 2180 , − 8,04 = = 0,3156 2 ⋅ ∅ ext . 2 ⋅ 2180 ,

Conocidos todos estos datos, se ejecutará el programa ATP_LCC. Bien arrancándolo desde su ubicación en el disco duro o bien desde el ATPCC. En este último caso, previamente habrá que haberlo definido como programa adicional. En cualquier caso, aparece la pantalla principal de este programa. Al abrir un nuevo caso de línea ( File New Line) aparece un cuadro de diálogo con dos hojas, cuyos datos se especificarán de acuerdo a la línea con la que se desea trabajar. En la primera de ellas (Figura 6.55) se debe definir una serie de datos relativos al modelo de línea: -

-

Modelo con el que se quiere representar la línea: En este ejemplo se ha optado por el modelo de Clarke para líneas transpuestas ( Constant parameter). Se debe tener en cuenta que los datos a introducir en esta hoja variarán de acuerdo al modelo elegido. Metric unit / English unit: Pinchando sobre el recuadro se alternará entre ambos sistemas y automáticamente se modificarán las unidades en las que hay que introducir los diferentes datos (tanto de esta hoja como de la correspondiente a los datos de los conductores). High accuracy (FCAR): Se seleccionará esta opción si se desea una alta precisión en las fórmulas de Carson. Seg. ground: Sólo se seleccionará cuando el cable de tierra es puesto a tierra por segmentos y no de modo continuo. En este caso no se selecciona. Transposed: Se seleccionará por tratarse de una línea transpuesta. Rho(ohmm): Resistividad del terreno en Ω/m. Dist.(km): Longitud de la línea. Freq.(Hz): Frecuencia.

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Figura 6.55. Características de la línea

Figura 6.56. Características de los conductores

Seguidamente, se procederá a consignar los datos relativos a los conductores ( Conductor card). Haciendo uso del pulsador Add row se añadirán a la tabla tantas líneas como conductores tenga la línea. En este caso 5 (tres de fase más dos de tierra). Además, se seleccionará la opción Auto bundling para indicar que algunos de estos conductores son múltiples. Para cada uno de los conductores se deberán especificar los siguientes datos (Figura 6.56): -

Ph. no.: Número de la fase a que hace referencia dicho conductor. Skin: Coeficiente Skin. Resis: Resistencia del conductor. IX: Parámetro que hace referencia al modo de introducir el valor correspondiente a la reactancia de la línea. En este caso se ha seleccionado la opción 4, para indicar que se ha realizado la corrección por efecto Skin. React: Coeficiente de autoinducción. Diam: Diámetro exterior de cada conductor. Horiz.: Distancia horizontal desde el centro del conductor o haz de conductores hasta una referencia vertical común. En este caso se toma como referencia el eje de la torre. Vtower: Distancia vertical desde el centro del conductor o haz de conductores hasta el suelo, tomada en el propio apoyo. Vmid: Distancia vertical desde el centro del conductor o haz de conductores hasta el suelo, tomada en el punto medio del vano. En este caso se desconoce y se introduce el mismo valor del punto anterior. En todo caso, el programa trabaja tomando como altura del conductor el valor: h=

-

2 3

1

⋅ Vmid + ⋅ Vtower 3

Separ.: Distancia entre los conductores que componen el haz. Este campo sólo aparece si se ha seleccionado la opción Auto bundling. (En este caso 40 cm). Alpha: Ángulo respecto de la horizontal de uno de los conductor que componen el haz. Sólo aparece si se ha seleccionado la opción Auto bundling. (En este caso 45º). NB: Número de conductores que componen el haz. Este campo sólo aparece si se ha seleccionado la opción Auto bundling. (En este caso 4 conductores por haz).


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Una vez especificados todos los campos, se validarán los datos ( OK), cerrándose el cuadro de diálogo que se ha utilizado. Cuadro que se podrá volver a recuperar cuando sea preciso (para Edit data o con el correspondiente pulsador de la consulta o modificación) mediante Edit Zoom fit (o con la barra rápida) se puede barra rápida. Del mismo modo, mediante Edit visionar gráficamente la disposición geométrica de los conductores. En este punto, si no se ha hecho antes, se salvará la información en un fichero .lin. El siguiente paso será obtener el fichero .atp que posteriormente pueda ser compilado por el ATP. Para ello, manteniendo abierto el caso, se ejecuta la opción ATP Create data case. El fichero así creado puede ser editado mediante la opción ATP Edit data case o mediante el editor PFE32. En dicho fichero (Figura 6.57) se pueden observar la mayor parte de los datos que han sido introducidos. Aunque para conocer el significado exacto de todos los datos que en él aparecen, habrá que acudir al ATP Rule Book.

Figura 6.57. Fichero VILL_TOR.atp

A continuación se ejecutará este fichero con cualquiera de las versiones del ATP (desde el ATPCC) y como resultado se obtendrán los ficheros .lis y .pch correspondientes. Este último contiene la información en modo manejable por el ATPDraw (Figura 6.58).

Figura 6.58. Fichero VILL_TOR.pch

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Así, cuando se desee incorporar esta línea a un circuito creado con el ATPDraw, no habrá más que recuperar este fichero con la opción Lines/Cables Read PCH file (Figura 6.59).

Figura 6.59. Utilización de ficheros .pch en el ATPDraw

Inmediatamente, en la zona de trabajo aparece el icono correspondiente al elemento LCC que modeliza la línea. Igualmente, de manera automática, se genera el correspondiente fichero .lib que se guarda en el directorio Usp. Si se abre el cuadro de diálogo de dicho elemento (Figura 6.60), se puede observar que dicho fichero (con su path) aparece en el campo $Include que define el objeto definido por el usuario que le será aplicado a este elemento.

Figura 6.60. Icono y cuadro de diálogo de un elemento LCC

Por otro lado, en las versiones del ATPDraw más recientes es posible llevar a cabo este mismo proceso incorporando al circuito un elemento LCC (para este caso se selecciona el elemento Lines/Cables LCC 3 phase). Haciendo doble clic sobre el icono que aparece, se abrirá un cuadro de diálogo con dos hojas ( Model y Data). En la primera de ellas se seleccionará el tipo de elemento LCC que se desea introducir: línea aérea ( Overhead Line) o cables ( Single Core Cable y Enclosing Pipe). Según cual sea la opción seleccionada varían tanto los datos y las opciones a definir en esta hoja, como en la segunda hoja de este cuadro. Si se seleccionan las opciones correspondientes al caso de este ejemplo ( Overhead Line, Bergeron y Transposed), los datos a definir son similares a los utilizados antes, aunque varía la forma de introducir algunos de ellos (por ejemplo: se definen los radios en lugar de los diámetros o se especifican los radios internos y es el programa quien calcula el coeficiente Skin).


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Una vez especificados todos los datos: se salvará el caso ( Save As) en un fichero .alc, se validarán los datos ( OK) y se genera el correspondiente fichero .atp, que podrá ser compilado directamente desde esta misma hoja o por cualquiera de los procedimientos antes descritos. Acción que, al igual que antes, producirá como resultado los ficheros .lis, .pch y .lib. Este último será el que defina el modelo del elemento LCC que se ha incorporado al circuito eléctrico. Indicar también que, en este mismo cuadro de diálogo, se presenta además una serie de utilidades adicionales como recuperar casos ya existentes para su consulta o modificación ( import), ejecutar el ATP, visualizar la geometría del cable o línea con opciones de zoom y copia de imágenes (View) o la opción de ayuda. En este punto, se propone al lector que resuelva este ejemplo haciendo uso de esta segunda opción y compruebe cómo los datos y resultados reflejados en los ficheros .atp y .pch así generados son los mismos que se han obtenido con el primer procedimiento. Del mismo modo, el lector puede aplicar la subrutina LINE CONSTANTS para obtener el modelo de la línea aérea utilizada en el ejemplo 2 correspondiente al capítulo 2 de este texto.

10.4. Ejemplo 4. Simulación mediante TACS A continuación se utilizará la opción TACS para obtener el modelo del sistema de excitación de un generador síncrono simulado. El diagrama de bloques que representa dicho sistema de excitación es el que se indica en la Figura 6.61.

Figura 6.61. Modelo del sistema de excitación de un generador síncrono

Para poder utilizar con los TACS señales del circuito eléctrico simulado con el ATP, se deberá Coupling to Circuit. De este modo se podrán capturar las hacer uso del elemento TACS señales de tensión correspondientes a cada una de las fases del alternador. En este punto se debe tener en cuenta que los TACS únicamente trabajan con nudos monofásicos. Por ello, se deberá splitter para descompactar el nudo trifásico de salida del utilizar un Probes & 3-phase generador (Figura 6.62).

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Figura 6.62. Acoplamiento de elementos TACS al circuito eléctrico

Una vez capturadas las señales de partida, se iniciará el diagrama correspondiente al sistema de excitación propiamente dicho. Para ello se hará uso de los diferentes elementos TACS que el ATPDraw pone a disposición del usuario y se obtendrá el circuito de la Figura 6.63.

Figura 6.63. Modelo del sistema de excitación con ATPDraw

Para crear el modelo se han utilizado diferentes elementos TACS: -

Fortran statements General): Son bloques donde se Bloques Fortran (TACS puede especificar la expresión que proporciona el valor de su única salida. Para ello, se debe utilizar una expresión Fortran de una sola línea donde se defina la salida en función de otras variables o nudos TACS. En este ejemplo se han utilizado 6 elementos de este tipo, dispuestos para obtener las variables: Vref , VSQ-R, VSQ-S , VSQ-T , VMS y Vc. A modo de ejemplo, en la Figura 6.64 se muestra el cuadro de diálogo de esta última. Como se puede apreciar, además de los campos habituales, sólo se debe definir el tipo de dato (88 – interno, 98 – de salida o 99 – de entrada) y la expresión que define la salida del bloque. Para los demás elementos Fortran utilizados las expresiones serán: o

Vref = 0,999743 (es la consigna de tensión o valor que se desea obtener en p.u.).

o

VSQ-n = GENE-n * GENE-n

o

VMS = VSQ-R + VSQ-S + VSQ-T

65


Figura 6.64. Cuadro de diálogo de un elemento Fortran statements

General

Además, se debe tener en cuenta que las entradas de estos bloques (variables usadas para obtener la salida) no necesitan ser cableadas. Es suficiente con que aparezcan correctamente definidas en la sentencia Fortran efectuada. No obstante, el ATPDraw permite plasmar las relaciones existentes entre cada bloque Fortran y los nudos correspondientes a las variables en él utilizadas. Para ello se hará uso de la opción TACS Draw relation y se unirán mediante una línea de color azul aquellos nudos cuya relación se quiera reflejar gráficamente. La visualización de estas conexiones es puramente informativa y no son tenidas en consideración para generar el fichero compilable. Se puede trabajar con estas relaciones informativas del mismo modo al que se hace con las conexiones eléctricas normales. -

Fortran statements Maths x+y o x-y): Son Comparadores (TACS elementos TACS sin datos a definir, que se limitan a sumar o restar las señales cableadas a sus variables de entrada.

-

Transfer functions General): Funciones de transferencia genéricas ( TACS Son bloques con una única salida y 5 posibles entradas, que incorporan la opción de limitar el valor de la salida dentro de un intervalo cuyos límites pueden ser constantes (definidos por atributos) o variables (según el valor de dos entradas adicionales). La función de transferencia del bloque será: N 0 + N 1 ⋅ s + N 2 ⋅ s +  + N 7 ⋅ s

∑ entradas ) ⋅ Gain ⋅ D0 + D1 ⋅ s + D2 ⋅ s

salida = (

2

7

2

+  + D7 ⋅ s 7

En este caso se han usado bloques de este tipo para obtener las variables VR y VF . En las Figuras 6.65 y 6.66, se pueden observar sus cuadros de diálogo y sus correspondientes funciones de transferencia. La salida del segundo de estos bloques no se va a limitar, por lo que ni se definirán límites constantes ( Fix_lo y Fix_Hi igual a cero) ni se cablearán las entradas Name_L y Name_H.

66


Figura 6.65. Datos del bloque de VR

Figura 6.66. Datos del bloque de VF

Sin embargo, para la variable VR se definirán los límites reflejados en el cuadro de la Figura 6.65. Además, una de las entradas a este bloque debe ser negativa ( Verr – VF ), por lo que se definirá el nudo de la entrada correspondiente a VF como negativo. Para ello, se hará clic con el botón derecho del ratón sobre dicho nudo y se definirá de tipo 2 (Figura 6.67).

Figura 6.67. Cuadro de diálogo de un nodo TACS

Por otro lado, indicar que la orientación con la que se colocan los bloques en el dibujo no condiciona la secuencia del programa. Al objeto de facilitar el seguimiento del lector, en este ejemplo se ha optado por representar los bloques al derecho (de modo que sus entradas se sitúen siempre a la izquierda y su salida a la derecha). No obstante, el resultado hubiera sido el mismo si se hubiese seguido miméticamente la disposición del esquema original (con los bloques correspondientes a lazos de realimentación en el sentido de derecha a izquierda). -

Devices User def nonlin): Se trata de un bloque que Bloque no lineal (TACS proporciona una salida variable con las entradas de forma no lineal. salida = f (Gain ⋅

∑ entradas )

El cuadro de diálogo de este elemento contiene dos hojas. La primera de las cuales es similar a las de los anteriores (en este caso ganancia igual a 1), mientras que en la segunda hoja (Figura 6.68) se debe especificar su característica no lineal mediante un máximo de 17 puntos entre los que el programa realizará una interpolación lineal.


67

Figura 6.68. Definición de la característica no lineal

-

Transfer functions Integral): Donde la Un bloque integrador ( TACS constante de tiempo de la excitatriz ( T E ) se ha introducido por medio de la ganancia del bloque (K=1/T E =1/0,95=1,0526315).

-

Fortran statements Maths x*K): Donde Un bloque proporcional ( TACS la ganancia del bloque representa la de la excitatriz ( K = K E = - 0,170).

-

Probe Tacs): Con estos elementos se indican las Salidas (Probes & 3-phase variables que se desea definir como de salida. No obstante, para la utilización de cualquiera de estas variables en el circuito eléctrico, se pueden definir como salidas TACS de bloques Fortran e introducir su valor mediante fuentes TACS ( Sources Source).

-

Bloques de inicialización ( TACS Initial cond.): Para que el regulador de tensión funcione correctamente, se le deben indicar unas condiciones iniciales. Es decir, el valor de las variables TACS al comienzo de la simulación. Estos valores aparecen al final del fichero .atp, precedidos por el número “77”. Para calcularlos, se comienza la simulación asignando a EFD = 1 p.u. y se retrocede hacia atrás, teniendo en cuenta que al ser valores iniciales, el valor de s = 0. EFD = 1 V E1 = EFD · K E = -0,170 V E2 = EFD · S E (1) = 0,0673 V R2 = -0,170 V R = -0,1027 V 1 = V R / K A = -0,1027 /400 = -0,00025675 V F (s=0) = 0 V ERR = V 1 = -0,00025675 V C = Tensión de alimentación / Tensión

nominal = 1 , debido a que el generador está dando la tensión nominal en bornes, de 18 kV. 2

2

2

18000  18000   18000   VMS =   +  +  = 324 E+6  3   3   3  V REF = V C + V ERR =

1-0,00025675 = 0,999743

68


Una vez diseñado el circuito, se salvará y se generará el fichero .atp compilable. Al editar este fichero se obtendrá el siguiente código: BEGIN NEW DATA CASE C -------------------------------------------------------C Generated by ATPDRAW febrero, martes 8, 2005 C A Bonneville Power Administration program C Programmed by H. K. Høidalen at SEfAS - NORWAY 1994-2001 C -------------------------------------------------------C dT >< Tmax >< Xopt >< Copt > 1.E-6 .001 500 1 1 1 1 0 0 1 0 TACS HYBRID /TACS 98VSQ-R =GENE-R * GENE-R 90GENE-R 1. 90GENE-S 1. 90GENE-T 1. 98VSQ-S =GENE-S * GENE-S 98VSQ-T =GENE-T * GENE-T 98VMS =VSQ-R + VSQ-S + VSQ-T 98Vc =SQRT(VMS) / 18000 98Vref =0.999743 1VR +Verr -VF 400. -3.4 3.4 1. 1. .05 98Verr = Vref - Vc 98VE = VE2 + VE1 1VF +EFD .02 1. 1. .33 98VR2 = VR - VE 1EFD +VR2 1.0526 1. 1. 98VE1 = -0.17 * EFD 98VE2 56+EFD 1. 0 0 1 0.0673 3.27 0.22 4.36 0.95 9999. 33VMS 33Vc 33Verr 33Vref 33VR 33VF 33EFD 77VMS 337089600. 77Vc 1. 77Vref .999743 77VR2 -0.17 77VE1 -0.17 77VE2 .0673 77EFD 1. 77VR -0.1027 77VF 77Verr -2.5675E-4 C 1 2 3 4 5 6 7 8


69

C 345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 /BRANCH C < n 1>< n 2>< R >< L >< C > C < n 1>< n 2>< R >< A >< B ><><>0 /SWITCH C < n 1>< n 2>< Tclose >< Ie >< type > /SOURCE C < n 1><>< Ampl. >< Freq. >< A1 >< T1 >< TSTART >< TSTOP > /INITIAL /OUTPUT BLANK TACS BLANK BRANCH BLANK SWITCH BLANK SOURCE BLANK INITIAL BLANK OUTPUT BLANK PLOT BEGIN NEW DATA CASE BLANK

10.5. Ejemplo 5. Transitorios electromagnéticos En este ejemplo se va a analizar el efecto que determinadas maniobras producen en las tensiones y corrientes de un sistema eléctrico. En concreto se va a trabajar con el sistema eléctrico de la Figura 6.69 y se van a simular las siguientes maniobras: -

Energización de la línea de transmisión. Conexión del banco de transformadores situado al final de dicha línea.

Figura 6.69. Unifilar del sistema

El sistema eléctrico analizado representa el punto de interconexión entre dos subsistemas pertenecientes a compañías eléctricas diferentes. En determinadas circunstancias dichos subsistemas pueden quedar aislados al operar con la interconexión abierta. En estas condiciones, la parte del sistema representada en la Figura 6.69 opera de forma radial y las cargas de las subestaciones SE 2 y SE 3 son alimentadas a través de una única línea de transmisión. A fin de inyectar la potencia reactiva suficiente para mantener la tensión de la red dentro de los márgenes adecuados para su explotación, durante la operación en estas circunstancias se utiliza una batería de condensadores de 14,4 MVAr a 45 kV, conectados al sistema de 132 kV a través de un transformador.

70


En este ejemplo, todas las simulaciones se van a llevar a cabo con el interruptor de interconexión abierto. 10.5.1. Datos de partida

A continuación se recogen los datos correspondientes a los distintos elementos del sistema, a partir de los cuales se construirá su modelo GENERADOR El generador de la subestación SE 1 representa un generador equivalente situado en ese nudo, que tiene en cuenta la influencia de las centrales generadoras de su entorno. Sus características nominales son: -

Tensión equivalente: Potencia equivalente: Frecuencia: Velocidad nominal: Conexión:

132 kV 680 MVA 50 Hz 200 rpm Estrella

LÍNEA Se trata de una línea de 60,49 km de longitud, no traspuesta, tensión nominal de 132 kV, dividida en dos tramos de diferentes características (Tabla 6.9). Longitud (km) Conductor de fase Diámetro exterior (mm) Diámetro interior (mm) Sección (mm2) Nº de conductores por fase Resistencia a 20ºC ( Ω/km) Cable de tierra Resistencia a 20ºC ( Ω/km) Diámetro (mm)

Tramo 1 (SE 1 a SE 2) Tramo 2 (SE 2 a SE 3) 28,894 31,591 LA-180 Aluminio-Acero 17,5 7,5 181,5 1 0,1962 No tiene De acero, macizo 5,4363 9,5 Tabla 6.9. Datos de la línea

En cuanto a la disposición de los conductores sobre las torres, dentro de cada tramo existen distintos tipos de torres. A fin de simplificar el proceso sin alterar significativamente los resultados de la simulación se presenta una configuración equivalente para cada tramo (Figura 6.70). Esta configuración ha sido obtenida aplicando una media ponderada al conjunto de apoyos de la línea.

71


Figura 6.70. Disposición de los conductores

TRANSFORMADOR El transformador utilizado viene definido por sus características asignadas (Tablas 6.10 y 6.11) y por los datos que el fabricante ha proporcionado sobre los diferentes ensayos realizados (Tablas 6.12 a 6.15). TENSIÓN (V) 138000 46000 13800

f = 50 Hz

PRIMARIO SECUNDAR. TERCIARIO

INTENSIDAD (A) 263,5 790,7 878,6

POTENCIA (MVA) 63 63 21

CONEXIÓN ESTRELLA ESTRELLA TRIÁNGULO

Tabla 6.10. Características asignadas DEVANADOS

GRUPO DE CONEXIÓN

PRIMARIO-SECUNDARIO PRIMARIO-TERCIARIO

YNyn0 YNd11 Tabla 6.11. Grupo de conexión

BOBINADO DE ALIMENTACIÓN

TENSIÓN (V)

INTENSIDAD (A)

POTENCIA (W)

TERCIARIO TERCIARIO

13800

4,4

32480

14490

5,93

37340

TERCIARIO

15180

8,1

42670

Tabla 6.12. Ensayos de vacío

72


DEVANADO

MATERIAL

COEFIC. MATERIAL

TEMPERATURA (ºC)

RESISTENCIAS (Ω)

PRIMARIO SECUNDARIO TERCIARIO

COBRE COBRE COBRE

234,5 234,5 234,5

28 28 28

0,7066 0,0626367 0,017926

Tabla 6.13. Medida de resistencias (valores por fase) DEVANADO ALIM. CORT. PRIM. PRIM. SEC.

SEC. TERC. TERC.

INTENS. (A) 209,2 66,93 200,8

(MVA)

TENSIÓN (V)

POTEN. (W)

TEMP. (ºC)

50 16 16

16638 10118 1383

197390 30776 20830

28 28 28

S base

Tabla 6.14. Ensayos de cortocircuito ENSAYO

28 º C

P j

PRIMARIO-SECUNDARIO PRIMARIO-TERCIARIO SECUNDARIO-TERCIARIO

(W)

166772 21545 19626

Pa28ºC (W)

Pcc75ºC (W)

30618 9231 1204

222551 33227 24155

Tabla 6.15. Pérdidas de cortocircuito

BATERÍA DE CONDENSADORES Se utiliza una batería de condensadores que está compuesta por un total de 96 condensadores monofásicos de las siguientes características: -

Tensión: Tipo: Intensidad: Potencia: Capacidad:

13750 V CMAD-150 10,91 A 150 kVAr 2,53 µF

Estos condensadores están dispuestos en conexión trifásica formando una estrella con neutro aislado. Cada fase de la estrella está formada por 16 ramas en paralelo y cada rama por dos condensadores unidos en serie. CARGAS El conjunto de cargas alimentadas desde cada una de las subestaciones del sistema analizado son representadas por sendas cargas equivalentes en estrella. Las características de estos consumos vienen reflejadas en la Tabla 6.16. CARGA SE 1 SE 2 SE 3

P (MW)

Q (MVAr)

V (kV)

5,3 6,7 20,8

2,2 5,6 7,9

134,6 132,3 130,5

Tabla 6.16. Consumos de las cargas


73

10.5.2. Modelización de los elementos del sistema

El siguiente paso será representar el sistema mediante los diferentes modelos que el ATPDraw proporciona para cada uno de los componentes reseñados (Figura 6.71).

Figura 6.71. Modelización del sistema

Algunos de estos elementos ya han sido utilizados en los ejemplos precedentes, por lo que en este apartado únicamente se hará referencia a los aspectos no tratados con anterioridad. GENERADOR Dadas las características del sistema, se ha considerado que se trata de una conexión a una red de potencia infinita. Por ello se ha utilizado una fuente senoidal de tensión (132 kV y 50 Hz) para modelizar la barra de potencia infinita ( Sources AC-3ph. type 14). Los valores a consignar en el correspondiente cuadro de diálogo (ver Figura 6.29) serán: 107778 V de amplitud (valor de pico de la tensión fase-neutro), 50 Hz de frecuencia y 0º de fase. LÍNEA A partir de los datos proporcionados y siguiendo los pasos explicados en el ejemplo 3 de este capítulo, se crearán los ficheros .pch que modelizan cada uno de los dos tramos de línea considerados. Así, se utilizará el modelo de línea K. C. Lee ( Constant Parmeter) no transpuesta, a 50 Hz, con los parámetros reflejados en las Figuras 6.72 y 6.73.

Figura 6.72. Parámetros del tramo 1

Figura 6.73. Parámetros del tramo 2

74


TRANSFORMADOR Para simular el transformador se va a hacer uso de las subrutinas BCTRAN y SATURA. La primera de ellas ha sido suficientemente tratada en el ejemplo 2 de este mismo capítulo, por lo que únicamente se presentarán los parámetros calculados a partir de los datos de partida proporcionados (Figura 6.74). En este punto, se propone al lector la obtención y cálculo de dicho modelo.

Figura 6.74. Parámetros del transformador

Adicionalmente, como se dispone de datos suficientes (tres ensayos de vacío), en este caso se va a considerar la saturación del transformador mediante una inductancia externa, ya que la subrutina BCTRAN no permite tener en cuenta la saturación. Por eso se ha seleccionado la External inductance. De este modo, la subrutina considerará opción Core magnetization únicamente la componente resistiva de la corriente de vacío para obtener el valor de la rama de pérdidas en el hierro. Para incluir el efecto de la saturación, en bornes del primario del transformador se conectará una reactancia no lineal ( Branch Nonlinear L(i) Type 93) cuya característica intensidad – flujo será definida a partir de los ensayos de vacío realizados a diferentes tensiones. Además, para tener en cuenta la atenuación de la onda de intensidad en la simulación del transitorio de conexión del transformador, en serie con esta rama de magnetización saturable se añadirá una resistencia de igual valor a la del bobinado primario (Figura 6.75).

Figura 6.75. Rama de saturación

Asimismo, para simplificar el modelo utilizado, en este ejemplo se va a hacer uso de una de las funcionalidades del programa ATPDraw: la creación de un nuevo elemento mediante agrupación de otros componentes ya creados. En este caso, se van a agrupar todos los elementos que componen esta rama de saturación. Para ello, se seleccionarán los elementos a agrupar y se elegirá la opción Edit Compress del menú.


75

En este momento aparecerá un cuadro de diálogo (Figura 6.76) donde todos los elementos que conforman el grupo serán mostrados (en Objects) con su denominación, seguida por una “/” y por la etiqueta con la que hayan sido identificados por el usuario. Seleccionando cada uno de ellos en dicho cuadro, aparecerán sus respectivos datos (en Data Available) y conexiones (en Nodes Available). Todos estos datos y nudos podrán ser definidos como atributos del propio grupo sin más que seleccionarlos ( >>) en dicho cuadro. Además, en el caso de los nudos se debe especificar su posición en el icono que representará al grupo. El nombre de los parámetros seleccionados (datos y nudos) puede ser editado haciendo doble clic sobre ellos en el campo Added to group .

Figura 6.76. Definición de los atributos de un grupo

Al agrupar elementos no lineales, es posible asignar externamente una misma característica no lineal a un máximo de tres elementos. Así, en este ejemplo se seleccionarán como datos externos al grupo los atributos “Curr” y “Flux” de las tres inductancias no lineales utilizadas y se marcarán las opciones Nonlinearity y Add nonlinear del cuadro de la Figura 6.76. Una vez definido y validado el grupo, el conjunto de elementos agrupados aparecerá representado por un único icono que podrá ser utilizado como un componente más del ATPDraw. Si se abre su cuadro de diálogo, aparecerán los parámetros y nudos definidos como externos, con los nombres que les hayan sido asignados y con los valores por defecto definidos en los cuadros de diálogo de sus respectivos elementos antes de ser agrupados. Para poder modificar el valor de los datos que no han sido definidos como atributos del grupo, será necesario editar el grupo ( Edit Edit Group) y abrir el cuadro del propio elemento. Una vez realizados los ajustes y modificaciones necesarios, se volverá al circuito del nivel superior mediante la opción Edit Edit Circuit. Por otro lado, es necesario indicar que para modificar los atributos del grupo, éste deberá ser Extract) y, posteriormente, volver a crear un nuevo grupo con las desagrupado ( Edit modificaciones deseadas. En este ejemplo, es necesario definir el valor de la resistencia R1 y la característica intensidad – flujo de las inductancias no lineales. La resistencia del devanado primario o de alimentación a la temperatura de 75ºC es la siguiente: R175ºC = R128ºC ⋅

234,5 + 75 309,5 = 0,7066 ⋅ = 0,833115(Ω ) 234,5 + 28 262,5

76


Para el cálculo de la reactancia saturable que representa la curva de saturación del transformador se emplea la subrutina SATURA, diseñada para convertir valores eficaces de una curva tensiónintensidad ( v , i ) , en valores de pico de la correspondiente curva flujo-intensidad ( ϕ , i ) , necesaria para simulaciones transitorias. El programador debe alimentar a SATURA con la curva ( v , i ) como una secuencia de puntos, y ella proporciona la curva ( ϕ , i ) con el mismo número de puntos, asumiendo siempre interpolación lineal entre ellos. Los puntos con los que se alimenta a la subrutina SATURA son los que proceden de los ensayos de vacío. La intensidad de magnetización responde a la siguiente expresión: 2

I mag , fase = I

2 exc, fase

− I

2 perd , fase

 I   Perd  =  exc  −    3   3 ⋅ U exc 

2

Los datos de la saturación se deben introducir en por unidad. Para calcular estos valores habrá que tener en cuenta que los datos de los ensayos están referidos al devanado terciario, mientras que la rama de saturación se va a incluir por el lado de alta tensión, luego: S base =

63 MVA 3

= 21 MVA

;

V base = 13,8kV

(si los datos han sido previamente referidos al primario, se toma: V base = I base

=

S base V base

=

138kV 3

= 79,674kV )

21000kV = 1521,73913 A 13,8kV

Por lo tanto, los datos correspondientes a la curva tensión – intensidad dados en valores por unidad serán los reflejados en la Tabla 6.17. Vexc ( p. u.)

I mag ( p.u.)

1,00 1,05 1,10

1,587762219 E-3 2,177888932 E-3 3,010838344 E-3

Tabla 6.17. Curva tensión - intensidad

A continuación, con el editor de textos, se escribirá el fichero que llama a la subrutina SATURA: BEGIN NEW DATA CASE $DISABLE SUBRUTINA SATURA PARA UN TRANSFORMADOR EN BASE A LOS ENSAYOS DE VACIO $ENABLE $ERASE SATURATION C entrada de datos (frecuencia - Vrms, fase - Potencia, fase) 50.0 79.674 21.00 0 C entrada de datos (Irms,mag,fas - Vrms,fas) en por unidad


77

1.587762 -3 1.00 2.177889 -3 1.05 3.010838 -3 1.10 9999 $PUNCH, SATTDBEN.PCH BLANK line ending saturation data BEGIN NEW DATA CASE BLANK line ending all cases

Fichero que, al ser compilado con el ATP, proporcionará un ejecutable (en este caso SATTDBEN.pch) donde se muestran los valores de la correspondiente curva intensidad-flujo, que serán utilizados para definir la característica de saturación de las inductancias saturables incluidas en el grupo. C <++++++> Cards punched by support routine on 24-Jan-05 17:23:01 <++++++> C SATURATION C C entrada de datos (frecuencia - Vrms, fase - Potencia, fase) C 50.0 79.674 21.00 0 C C entrada de datos (Irms,mag,fas - Vrms,fas) en por unidad C 1.587762 -3 1.00 C 2.177889 -3 1.05 C 3.010838 -3 1.10 C 9999 5.91838312E-01 3.58659011E+02 1.22719977E+00 3.76591961E+02 1.68222492E+00 3.94524912E+02 9999

En definitiva, los parámetros que caracterizarán al grupo creado para simular la saturación del transformador serán los consignados en la Figura 6.77. Asimismo, para modificar la representación gráfica del nuevo grupo, se hará clic sobre el icono que aparece en la parte inferior izquierda del cuadro de atributos.

Figura 6.77. Parámetros del grupo

BATERÍA DE CONDENSADORES En este ejemplo, la batería de condensadores va a ser analizada en su totalidad, ya que no se ha previsto la operación con escalones de capacidad. Así, cada fase de la batería va ser modelizada Capacitor) de capacidad mediante un único condensador monofásico ( Branch Linear equivalente a la del conjunto de la fase (20,24 µF).

78


Por otro lado, los condensadores se van a considerar como capacidades puras sin resistencia adicional. Por ello, en el cuadro de diálogo de los condensadores será necesario anular el factor de resistencia serie ( Ks). CARGAS Las cargas del sistema van a ser modelizadas mediante cargas trifásicas genéricas conectadas en estrella (Branch Linear RLC-Y 3-ph), cuyos atributos ( R, L y C ) serán calculados a partir de los datos disponibles ( P, Q y U ), suponiendo nula su componente capacitiva. De este modo, aplicando las expresiones siguientes, se obtendrán los resultados de la Tabla 6.18. R = Z cos ϕ

tgϕ = Q / P

S =

X = Zsenϕ

Z = U 2 / S

L

CARGA SE 1 SE 2 SE 3

P2

+ Q2

= X / 2π f

R (Ω)

L (mH)

2916 1538 715,54

3853 4092 865

Tabla 6.18. Parámetros RL de las cargas

Los valores calculados se consignarán en los cuadros de diálogo correspondientes a las cargas de cada una de las subestaciones, tal y como se explica en el ejemplo 1 de este mismo capítulo (ver Figura 6.38) OTROS ELEMENTOS A fin de facilitar la realización de diferentes simulaciones con el mismo circuito, se van a utilizar interruptores trifásicos de apertura y cierre controlados por tiempo ( Switches Switches time 3-ph). De esta manera, será posible aislar o conectar los diferentes componentes del circuito de acuerdo a las necesidades de cada simulación, definiendo los tiempos de operación de cada interruptor en sus respectivos cuadros de diálogo (por ejemplo: Figura 6.78).

Figura 6.78. Parámetros de un interruptor trifásico controlado


79

Por último, se harán las conexiones necesarias para completar el circuito estudiado, se definirán los nombres que identifiquen los nudos del sistema y se especificarán aquellas magnitudes cuyos resultados se desee obtener como salida de la simulación. Para llevar a cabo este último cometido, se va a hacer uso tanto de elementos de medida como de las opciones recogidas en los propios cuadros de diálogo de cada elemento. En concreto, se Probe Volt para registrar la utilizarán sendos voltímetros del tipo Probes & 3-phase evolución de los voltajes fase – tierra en la barra de la SE 3 y en el secundario del transformador. Por su parte, para medir la tensión soportada por cada fase de la batería de condensadores, se optará por seleccionar la opción 2 - Voltage existente en el menú desplegable Output que aparece en la parte inferior de los cuadros de diálogo de los condensadores equivalentes. Por último, para medir las intensidades que circulan por el circuito, se seleccionará la opción 1 Current existente en el menú desplegable Output de los cuadros de diálogo de los interruptores correspondientes a cada caso. En este ejemplo, se registrarán las corrientes de entrada a la línea en SE 1 (Figura 6.78), las de línea en SE 3, las absorbidas por el primario del transformador y las absorbidas por la batería de condensadores. Automáticamente, junto a cada uno de estos elementos aparecerá una señal recordatoria, indicando las magnitudes relativas al mismo que están siendo registradas. Una vez construido el modelo del sistema, se está en condiciones de simular su comportamiento en las distintas circunstancias que pudieran presentarse. En este ejemplo se van a simular dos situaciones distintas y en ambos casos se seguirá el mismo procedimiento. En primer lugar se definirán los tiempos de actuación de los diferentes interruptores, seleccionando la topología particular del sistema y las maniobras sobre él efectuadas. A continuación se configurarán los Settings) y se generará el correspondiente parámetros del proceso de simulación ( ATP fichero ejecutable con extensión .atp (ATP Make File As). Posteriormente, dicho fichero se ejecutará con el ATP y los resultados registrados en el fichero .pl4 se visualizarán mediante el programa de representación gráfica PCPlot, según se explica en el ejemplo 1 de este mismo capítulo. 10.5.3. Energización de la línea de transmisión

La energización de la línea de transmisión se va a realizar en vacío. Esto es, durante la simulación se mantendrán abiertos todos los interruptores, a excepción de los interruptores ubicados en los extremos de la línea y el de red en la subestación SE 1. Los tiempos de operación de los interruptores se definirán como sigue: -

Interruptor de red en SE 1 y de final de línea en SE 2: Cerrados en todo momento (por ejemplo: T-cl = -1 s y T-op = 1 s). Interruptor de línea en SE 1: Cierra a los 0,02 s ( T-cl = 0,02 s y T-op = 1 s). Resto de interruptores: Abiertos en todo momento (por ejemplo: T-cl = T-op = 1 s).

En cuanto al propio proceso de simulación, la parametrización a efectuar depende en gran medida de la precisión deseada. Lógicamente, se debe tener en cuenta que a mayor precisión el intervalo de tiempo para la integración numérica ( delta T) será menor y, por ende, el tiempo necesario para completar el proceso de simulación se verá incrementado en la misma medida. En aras de abreviar el proceso de iniciación al manejo de esta herramienta, en este ejemplo no se utilizarán unos ajustes excesivamente exigentes. Pero se propone al lector la repetición de estas

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simulaciones utilizando tiempos y ajustes más restrictivos, de modo que pueda observar la influencia de estos parámetros sobre aspectos de gran importancia práctica como son los tiempos de ejecución de la simulación, la precisión en los resultados y la mayor o menor discretización de las señales en los resultados gráficos. En concreto, se van a mantener los valores que aparecen por defecto en ATP Settings, excepto: -

Tiempo de integración numérica: Duración de la simulación: Frecuencia de salida gráfica:

delta T = 1 E-5 s Tmax = 0,1 s Plot freq = 5

Efectuada la simulación, los resultados obtenidos se analizarán gráficamente. A modo de ejemplo, en la Figura 6.79 se presentan las curvas correspondientes a las tensiones en el extremo receptor de la línea en SE 3. En ella se puede observar cómo, al cerrar el interruptor en el momento en que la fase R pasa por un máximo, las mayores sobretensiones se producen en esa misma fase y se llega a duplicar el valor que el voltaje en dicho punto del sistema alcanzará finalmente para el régimen permanente (valor de pico de la tensión fase – tierra igual a 108 kV).

Figura 6.79. Tensiones en el extremo receptor de la línea (SE 3)

Del mismo modo, en la Figura 6.80 queda reflejado el severo transitorio que presentan las intensidades de entrada a la línea en SE 1 para esas mismas condiciones.

Figura 6.80. Intensidades de entrada a la línea en SE 1


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En este punto, el lector puede observar la influencia que sobre estas variables tiene el instante en que se inicia la energización de la línea. Para ello, bastará con que se modifique el tiempo de cierre del interruptor de línea en la subestación SE 1. También se propone al lector que compruebe el efecto de llevar a cabo la energización de la línea con una o varias cargas conectadas.

10.5.4. Conexión del banco de condensadores

En este caso se partirá de una situación en la que el sistema trabaja en régimen permanente con la totalidad de las cargas conectadas y, ante la disminución del voltaje en barras de la subestación SE 3, se conectará la batería de condensadores. Para ello se establece la siguiente secuencia de tiempos: -

Interruptor de la batería de condensadores: Cierra cuando la fase R pasa por un máximo de tensión ( T-cl = 0,02 s y T-op = 1 s). Resto de interruptores: Cerrados en todo momento ( T-cl = -1 s y T-op = 1 s).

En lo que se refiere a los ajustes del proceso de simulación, se aumentará su duración hasta los 0,14 s y se mantendrá el valor del resto de los parámetros. Así, se comprueba que la tensión en las barras de la subestación SE 3 ha caído desde una tensión eficaz entre fases de 132,27 kV en vacío (valor de pico fase – tierra: 108 kV) hasta los 127,9 kV (104,43 kV) cuando las cargas del sistema están conectadas. Del mismo modo, en la Figura 6.81 se puede apreciar que, al conectarse la batería de condensadores, el voltaje en barras se recupera en parte y alcanza los 130,62 kV (106,65 kV) en el régimen permanente. Es decir, la conexión de la batería de condensadores proporciona un incremento del 2,06 % sobre la tensión nominal de 132 kV.

Figura 6.81. Tensiones en el extremo receptor de la línea (SE 3)

Si se analiza la evolución de las tensiones soportadas por la batería de condensadores a lo largo del transitorio de conexión (Figura 6.82), se observa que la fase R es la que sufre la mayor sobretensión y alcanza unos valores de pico de 63010 V y – 60625 V de tensión simple por fase, lo cual supone una sobretensión del 1,7 p.u.

Capitulo 6. ATP

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