PROGRAMA NACIONAL DE FORMACIÓN EN ELECTRICIDAD
ETAP PowerStation (Guía Básica – Coordinación de Protecciones)
Participantes: Pedro A. Torres C. Pedro L. Torres Ch.
Facilitador: Ing. Carlos Rondón Unidad Curricular: Protecciones Eléctricas en Alta Tensión Valera, noviembre del 2011
Análisis de Sistemas Eléctricos de Potencia En los procesos industriales modernos, se ha tornado imprescindible disponer de un suministro de energía eléctrica confiable y seguro. Un sistema de potencia industrial apropiadamente diseñado y operado mejora el rendimiento de los procesos y de los servicios eléctricos de planta. La creciente dependencia de la industria de la energía eléctrica y la introducción de nuevas tecnologías requiere que un sistema de potencia industrial sea planificado, diseñado y operado utilizando la mejor tecnología disponible. El uso de las actuales herramientas de software disponibles comercialmente hace posible estudiar el comportamiento del sistema de potencia bajo distintas condiciones de operación. Distintos tipos de estudios eléctricos se requieren para evaluar el comportamiento del sistema eléctrico existente o bien de una expansión futura de la instalación frente a distintas condiciones operativas. El objetivo de estos estudios es garantizar que el sistema eléctrico de potencia industrial sea seguro, confiable, fácil de operar y mantener, al mínimo costo. El impacto que tienen distintos factores en el diseño y operación del mismo se puede cuantificar a partir de la realización de distintos tipos de estudios eléctricos estáticos o dinámicos. Los avances logrados en tecnología computacional, plasmados en la disponibilidad de computadoras personales con poderosas capacidades gráficas, así como el desarrollo de software basado en las más modernas técnicas de análisis de sistemas eléctricos de potencia a nivel del estado del arte, no solo han reducido los tiempos de cálculo sino también las horas de ingeniería necesarias para la utilización de estos programas.
PROGRAMA DE SIMULACIÓN ETAP PowerStation En el caso particular de la guía básica desarrollada para la asignatura de Protecciones Eléctricas en Alta Tensión, el programa utilizadoes: ETAP
PowerStation ver 6.0.0. A continuación se presentan las características generales del programa. ETAP PowerStation es un programa computacional completamente gráfico utilizado para analizar transitorios eléctricos en sistemas de potencia. Para su ejecución se requiere de cualquiera de las siguientes plataformas operativas: Windows 2000, NT o XP, siendo esta última la más recomendada cuando se simulan sistemas de gran tamaño. Los datos de los elementos pueden manipularse en cualquier manejador de bases de datos que cumpla con el estándar Microsoft ODBC. La estructura de archivos de ETAP PowerStation está constituida por dos tipos de archivo: uno correspondiente a una base de datos que incluye las tablas de datos de todos los elementos y otro que almacena los datos de información del usuario y de control del proyecto. Posee además archivos de librerías que almacenan datos de cables, motores, protecciones, entre otros. ETAP PowerStation es una herramienta de análisis y control para el diseño, simulación y operación de sistemas de potencia eléctricos de generación, distribución e industriales. Es una herramienta integrada que ha sido diseñada y desarrollada por ingenieros para ingenieros que se desempeñen en las diversas disciplinas de los sistemas de potencia. Esta herramienta dispone de una gran cantidad de módulos como son:
Redes AC o DC. Tendido y rutado de cables. Redes de tierra. Coordinación y selectividad de protecciones. Diagramas de Control de Sistemas AC y DC.
Es una herramienta de análisis totalmente integrada utilizada por miles de ingenieros de diferentes compañías en todo el mundo para diseñar, mantener y operar sistemas eléctricos. Dentro del programa existe la opción de ETAP Real-time, la cual utiliza datos en tiempo real para realizar estudios de sistemas de potencia y evaluación de eventos. Dentro de las empresas e industrias, los operadores y gerentes utilizan el ETAP para supervisar, controlar y optimizar, los sistemas de potencia propios de la actividad en la cual se desempeñan. Los tipos de análisis permitidos por este programa son entre otros:
Flujos de carga Corto circuito Arranque de motores Análisis armónico Estabilidad transitoria Flujo de potencia óptimo Flujo de carga DC Corto circuito DC Dimensionamiento de baterías Sistemas subterráneos
La operación del programa se basa en dos modos: un modo de edición donde se construye el diagrama unifilar y se ingresan las propiedades de los elementos y un modo de estudio donde se dispone de todos los tipos de análisis permitidos por el programa.
“Barras de Herramientas”
Barra de herramientas de modo de simulación. A continuación se describen cada uno de los iconos de los cuales está compuesta la MODE TOOLBAR o Barra de Herramienta de Modo de Simulación.
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1. Simulación de Flujo de Carga. 2. Simulación de Flujo de Carga Desbalanceada. 3. Cortocircuito. Estándares ANSI & IEC. 4. Simulación de Aceleración de Motores. 5. Simulación de Armónicos. 6. Simulación de Transientes. 7. Coordinación de Dispositivos de Protección. 8. Flujo de Carga Óptimo. 9. Realibity Assesment. 10. Ubicación óptima del capacitor. 11. Flujo de potencia en DC. 12. Cortocircuito en DC. 13. Baterías. Cada uno de los modos de simulacióndescritos anteriormente, tienen su propia barra de análisis con opciones comunes, tales como las que se muestran en forma siguiente.
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La barra de análisis tienen las siguientes acciones:
Además, el programa cuenta con una Barra de Herramientas de Edición,
la cual contiene tres partes:
Edición para análisis en corriente alterna. Edición para análisis en corriente directa. Instrumento y medidores.
La siguiente figura muestra los iconos correspondientes a los análisis en corriente alterna:
En la figura a continuación, se muestran los iconos correspondientes a los análisis en corriente directa.
En la figura siguiente, se muestran los iconos correspondientes a los medidores e instrumentos (incluyendo dispositivos de protección).
Las barras de herramientas anteriormente descritas, son las que se utilizan para los diferentes análisis de sistemas de potencia que se realizan en el software ETAP. EJEMPLO BÁSICO DE APLICACIÓN
Creación de un nuevo proyecto Elaboración del diagrama en ETAP Coordinación fusible – fusible
Paso 1
Para la creación de un nuevo proyecto tenemos que tener en cuenta los siguientes datos de inicio:
Cuando iniciamos un nuevo proyecto aparece la siguiente ventana en la cual podemos dar nombre al proyecto e indicar donde puede ser guardado por lo general c:\ETAP600\ podemos definir el sistema de unidades con las que podemos trabajar y luego de dar clic en “ok” aparecerá una pantalla como la que se aprecia más abajo en la figura.
Paso2
Elabore el siguiente diagrama en el ETAP:
Paso3
Introducción de parámetros característicos:
POWER GRID V 13,8
MVA 200
X/R 45
KASC 8,367
BUSES ELEMENTO BUS 1 BUS 2 BUS 3
%V 100 100 100
KV ANGLE MIN% MAX% NOM. KV 13,8 0 80 125 13,8 13,8 0 85 140 13,8 13,8 0 85 115 13,8
CONDUCTORES
LINEA SURTIDOR CALIBRE DESIGNACION LONGUITUD 1 EPRI 2 IRIS 3 Km 2 EPRI 2 IRIS 7,2 Km
CARGAS
CARGA MVA %PF KV Lump 1 0,71 85 13,8 Lump 2 0,24 85 13,8
FUSIBLES
FUSE FABRICANTE MODELO TAMAÑO F1 S&C SMU - 40 65E F2 S&C SMU - 40 30E
FUSIBLES
FUSE FABRICANTE MODELO TAMAÑO F1 S&C SMU - 40 65E F2 S&C SMU - 40 30E
IMPLEMENTACION Y SIMULACION DE LA COORDINACION DE PROTECCIONES.
Paso 4
Seleccione el botón para Coordinación de Dispositivos de Protección (Star – ProtectiveDeviceCoordination ). Es un módulo que posee el ETAP para el uso de las protecciones, donde podemos analizar los sistemas de potencia obteniendo de la simulación los parámetros experimentales y gráficos.
Seleccione parte del diagrama que contenga las protecciones (Fuse 1 – Fuse 2). Una vez seleccionado, en este caso, cambia a color rojo.
IMPLEMENTACION Y SIMULACION DE LA COORDINACION DE PROTECCIONES.
Paso 4
Seleccione el botón para Coordinación de Dispositivos de Protección (Star – ProtectiveDeviceCoordination ). Es un módulo que posee el ETAP para el uso de las protecciones, donde podemos analizar los sistemas de potencia obteniendo de la simulación los parámetros experimentales y gráficos.
Seleccione parte del diagrama que contenga las protecciones (Fuse 1 – Fuse 2). Una vez seleccionado, en este caso, cambia a color rojo.
Luego en la barra de análisis, a la derecha, haga “Clic” en el botón “CreateStar View” y se mostrara la gráfica Tiempo - Corriente de las protecciones (Fusibles) así como también, la corriente de falla establecida.
Finalmente a partir de estas gráficas es posible establecer el Intervalo de Coordinación o “Time Difference” (aparece un puntero para marcar las curvas sobre las que se quiere establecer el intervalo) con relación a la corriente de falla dada, con la posibilidad también, de desplazarse sobre otro valor y hacer ajustes de ser necesario.
Según sea el caso y de acuerdo a la “Filosofía de Coordinación” que se este manejando, si el intervalo de coordinación no es posible establecerlo con las curvas características ya seleccionadas, se pueden conseguir rápidamente nuevas curvas correspondientes a otras calibraciones de la misma familia de la protección (en este caso Fusibles). Esto se logra haciendo “Clic” sobre la curva en observación y desplazándola bien sea a la izquierda o a la derecha.
Paso 5
Para visualizar la “Secuencia de Operación” de las protecciones:
NOTA: El software ETAP 6.0.0 es una herramienta computacional para la simulación y análisis de sistemas eléctricos muy poderosa, por lo tanto, lo que se ha mostrado en la presente guía constituye apenas unos primeros pasos básicos para la iniciación en el manejo de tan bondadosa herramienta.
