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IELE-3108 TALLER DE SISTEMAS DE POTENCIA
2013-II
L-Mc 5:00-6:30 pm
Profesor: Ing. Esperanza Esperanza Susana Torres, MSc.
[email protected]
Guía de Trabajo 1. Introducción y Flujo de Carga en ETAP. Tutor: Daniel Enrique Riascos Uribe Fecha de entrega: Lunes entrega: Lunes 5 de Agosto de 2013 – Individual
En este primer tutorial se busca determinar el funcionamiento básico de la herramienta ETAP, sus alcances, la forma de generar reportes y un estudio básico de cortocircuito.
Introducción: La modelación de un sistema eléctrico mediante herramientas computacionales permite simular distintos escenarios, reconocer la topología del sistema de potencia, determinar los equipos que conforman dicho sistema y plantear conclusiones acerca del funcionamiento del mismo. La simulación se puede realizar a través de distintas herramientas tales como ETAP, NEPLAN, PSAT entre otros. En este caso en especifico se utilizara la herramienta de ETAP debido a sus ventajas frente a otros software; específicamente Etap es el único software de simulación de sistemas eléctricos que tiene un soporte técnico basado en normas ANSI-IEEE y IEC, que permite modelar la naturaleza de cada uno de los equipos de forma adecuada, adicionalmente cuenta con un contacto directo con los fabricantes de relés, dispositivos de protección, circuit breakers, entre otros. El propósito de esta guía es el conocimiento básico de las características que conforman el software, la generación de reportes en pdf, tablas de Excel entre otros, generar resultados gráficos y la simulación del flujo de carga.
Crear un nuevo Proyecto en ETAP Para crear un nuevo proyecto nuevo en ETAP se debe especificar el nivel de acceso al mismo, se puede determinar que sea únicamente una revisión es decir que el usuario no tenga la habilidad de cambiar datos propios de los equipos. El caso básico donde el usuario puede cambiar a su gusto la interfaz y el desarrollo del proyecto corresponderá a la primera opción.
Gráf ica 1. Determi nar el N ivel de Acceso Acceso al proyecto.
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La creación de un nuevo proyecto consistirá por lo tanto en definir un nombre y crear un nuevo caso de estudio, una nueva presentación identificada por defecto con el nombre de OLV1. Los módulos que han de utilizarse e n esta primera guía son los siguientes.
Gráfica 2. M ódul os y Visuali zación dentr o de ETA P Primero se describen los iconos ubicados en el extremo izquierdo de la anterior imagen; el icono en la parte superior corresponde a la vista de proyecto es decir la carpeta donde están contenido tanto los diagramas unifilares, la descripción de los equipos, los resultados, entre otros. El icono señalado corresponde a los diagramas unifilares donde se realizan las modificaciones correspondientes a la adición de los distintos elementos eléctricos, determinar los parámetros de impedancia característica para los cables, los transformadores el tipo de carga entre otros. Para el caso del lápiz corresponde al modo de edición es fundamental señalar Cual qui er cambi o que se realice en el di agrama u ni fi lar deber áreali zarse teni endo activo el modo de edici ón identificado con el lápiz en la esquina superior izquierda” . Los iconos descritos desde el extremo izquierdo hasta el derecho corresponden a: modo edición, flujo de carga, cortocircuito, arranque de motores, análisis de armónicos, análisis transitorio, visualización de las curvas de operación para dispositivos de protección, flujo de carga DC, Cortocircuito DC, Dimensionamiento de baterías, flujo de carga desbalanceado, flujo de carga optimo, análisis de confiabilidad, ubicación de compensación capacitiva, gestión de secuencia de interruptores. Todos los anteriores son los módulos disponibles dentro del estudio de un sistema eléctrico modelado a través de ETAP, si se desea mayor detalle se pide al lector consultar las referencias bibliográficas. “
Crear un Diagrama Unifilar: El primer paso para crear un diagrama unifilar, realizar un estudio de flujo de carga y de forma específica un estudio de cortocircuito es definir la norma a trabajar para la visualización de los elementos ya sea ANSI o IEC; para modificar la visualización por defecto (ANSI-IEEE), se accede a proyecto/ estándar/ y se cambia la opción para mayor detalle se pide consultar el norma ANSI.
Anexo.. Fijar el estándar para el presente proyecto de acuerdo a la
Como ya se realizó en el curso los elementos que componen un sistema de potencia son generalmente, un generador, un transformador, una barra o nodo, una carga ya sea estática o mecánica, condensadores, inductores, entre otros. El software utilizado para esta guía tiene una gran cantidad de elementos para modelar un sistema de potencia adecuadamente ya sean de tipo de alimentación AC o DC. Se invita al lector que consulte la ayuda correspondiente de ETAP que se refiere a las tres barras de elementos (consulte el anexo para consultar la ayuda de ETAP); mantenga el clic izquierdo sobre cualquiera de las barras de elementos para desanclarla de su posición actual, haga doble clic sobre la misma para restablecer la posición original. El diagrama unifilar que se ha de implementar para este caso de estudio se muestra en la siguiente gráfica.
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Gráfica 3. Di agrama Un if il ar Caso de Estudi o En los elementos que determinaran este primer caso de estudio se encuentran los siguientes: -
Dos transformadores. Un transformador trifásico de 1MVA con los valores típicos de impedancia (Z= 5,75); R=1,2; relación X/R ( ); voltaje del lado primario de 13,8 kV y del lado secundario de 0,48 V.
Anexo.
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Para ingresar los datos consultar el Transformador monofásico 480-120/240V, impedancia Z=2,6 %, R= 1,2%. . Utility- Red Externa, se especifica el valor nominal de voltaje en el punto de conexión, corresponde al punto de conexión con la empresa que presta el servicio de energía su capacidad es infinita , el valor de MVAsc corresponde a la capacidad de cortocircuito generalmente brindada por parte del operador de red. Barras, Bus. Si se conectan los elementos automáticamente aparecerá la barra o nodo donde se conectan los dos elementos. Se puede adicionar estos elementos determinando el valor nominal de voltaje de operación. Motores. Con una capacidad nominal de 400 hp ( M1); 500 hp (M2) Tres Conductores como se especifica en la Gráfica 3. C1, 300 pies 2-3C 250 kcmil cable de cobre en ducto no magnético; C2 200 píes 3-3C kcmil cable de cobre instalado en ducto magnético; C3 100 pies 1-2C AWG no 2/0 AWG cable de cobre, instalado en ducto magnético. Lumped Load- Carga Concentrada de 80% de tipo de carga constante y 20% impedancia constante (defecto ETAP); con un factor de potencia de 0.85 en atraso. Los valores para cada carga respectivamente son de 50kVA, 100kVA y 150kVA. En ETAP se definió el transformador como trifásico, y se especifican los parámetros del panel dentro de la pestaña Schedule del mismo.
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La implementación de dicho diagrama unifilar se puede observa en ETAP a continuación.
Red
Alimentación
600 MVAsc
Bus_Utility
Trafo_Utility 1 MVA 5,75 %Z
DS
Switchgear Bus 0,48 kV
C3
C1
CU 3-1/C 2/0
C2 2-3/C 250
Alta_Trafo 3-3/C 250
CU
CU MCC1 0,48 kV
MCC2 0,48 kV
Motor1 400 HP 0,46 kV
Motor2 500 HP 0,46 kV
Trafo_Panel 75 kVA
DS
2,6 %Z BusPanel 0,24 kV
Panel1 3Ph-3W Carga1 Carga3 0,24 kV 20 kVA 15 kVA 0,24 kV 0,24 kV
Carga2 10 kVA 0,24 kV
Gráfica 4- Diagrama Unifilar del Sistema Implementado en ETAP. El detalle correspondiente al ingreso de los parámetros para los distintos elementos del sistema se puede consultar en el
Anexo.
Flujo de Carga. El flujo de carga consiste en el análisis más básico del sistema; corresponde a evaluar la operación del mismo correspondiente a los flujos de potencia activa y reactiva a través de las ramas, la potencia demandada por las cargas, las perdidas asociadas a la transmisión de energía, el dimensionamiento de los conductores, entre otros. Esta sección corresponde a presentar la interfaz gráfica que acompaña este módulo en ETAP y obtener los reportes y resultados correspondientes al caso de estudio.
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Gráfica 5. El ementos corr espondientes al m ódul o de f lu jo de carga. Corra el flujo de carga y compruebe que los resultados obtenidos corresponden de forma gráfica a lo siguiente:
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Red
Alimentación
600 MVAsc 860 kVA 36 A 90,0% PF
Trafo_Utility 1 MVA 835 kVA 1034,5 A 91,6% PF
Switchgear Bus 0,48 kV 352 kVA 436,2 A 91,9% PF
0 3 % 9 9 7 ,
438 kVA 543,3 A 92,0% PF
45 kVA 55,7 A 84,6% PF C3
C1 C2
Trafo_Panel 75 kVA MCC1 0,48 kV
0 4 % 9 96,
348 kVA 436,2 A 92,0% PF Motor1 400 HP
MCC2 0,48 kV
1 7 % 9 96,
BusPanel 0,24 kV
434 kVA 543,3 A 92,1% PF
44 kVA 111,4 A 85,0% PF
4 2 % 9 5 ,
44 kVA 111,4 A 85,0% PF
Motor2 500 HP
Panel1 3Ph-3W Carga1 20 kVA
Carga2 10 kVA
Carga3 15 kVA
Gr áfica 6. I mpl ementación caso de estudio. Result ados F luj o de Car ga. Se observa que la barra de abajo tiene un color rosado correspondiente a una advertencia del sistema, es decir que esta cerca de sus limites operativos. Se pueden cambiar el caso de estudio y parametrizar concretamente los elementos del flujo de carga que se quieren visualizar, el nivel de regulación para generar alarmas realizando click en el caso de estudio, se pueden generar nuevos casos de estudio con nombres distintos para observar cambios.
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Gr áfica 7. I mpl ementación caso de estudio. Result ados F luj o de Car ga.
Generación de Casos de Estudio. ETAP permite generar diferentes casos de estudio asociados a la operación del sistema, obteniendo distintos reportes que permitan simular, observar, analizar y concluir respecto a distintas condiciones de operación del sistema. En primer lugar en las siguientes pestañas se deben fijar los diferentes casos de estudio, se muestra por consiguiente tanto los cambios de operación como condiciones de regulación de voltaje en base al tap del transformador dentro de las opciones del caso de estudio.
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Cambio en Configuración:
Gráfica 8. D ef in ici ón de Conf igu raci ones del Sistema
Dar clic en el botón análogo a un contacto abierto . Se abrirá una ventana correspondiente al gestor de los distintos tipos de configuración del sistema. En la esquina superior izquierda se observa la lista de los distintos tipos de configuración identificados con nombres característicos, para este caso normal será el caso por defecto; hacer doble clic sobre el botón copiar para generar una nueva configuración partiendo de un caso base. Es importante observar como cada elemento del sistema que tiene distintos tipos de operación. Para las cargas el estatus de la carga ya sea continuo, intermitente o reserva; los generadores su modo de operación tal como control de voltaje, swing, control de reactivos, entre otros; los interruptores si se encuentran abiertos o cerrados. Para obtener distintos resultados o reportes asociados a cada condición de operación se paramétrica dentro de la pestaña de reporte actual como se observa en la siguiente gráfica.
Gráfica 9. M anejo de Confi gur aciones, Repor tes, Casos de Estudio en ET AP.
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Ahora bien se requiere observar el cambio en los resultados de flujo de carga una vez se fija la regulación del Tap del transformador (TAP Bajo Carga).
Gráfica 10. M anejo del T ap del T ran sform ador Baj o Carga Si cambiamos el caso de estudio para habilitar la regulación del TAP del transformador automáticamente, como se observa en la siguiente gráfica obteniendo resultados en el flujo de carga distintos.
Gr áfica 11. Cambi o del Caso de Estudio.
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Red
Alimentación
600 MVAsc
860 kVA 36 A 90,0% PF
Trafo_Utility 1 MVA 835 kVA 1003,2 A 91,6% PF
Switchgear Bus 0,48 kV 352 kVA 422,7 A 91,9% PF
438 kVA 526,5 A3 , 1 2 5 % 92,0% PF
% , 0 6 1 1 0 0
45 kVA 54,6 A 84,6% PF
TapS
C3
C1 C2
Trafo_Panel 75 kVA MCC1 0,48 kV
1 1 % 9 9 9 ,
348 kVA 422,7 A 92,0% PF
Motor1 400 HP
MCC2 0,48 kV
2 3 % 9 9 9 ,
BusPanel 0,24 kV
434 kVA 526,5 A 92,1% PF
45 kVA 109,3 A 85,0% PF
4 8 % 9 9 8 ,
45 kVA 109,3 A 85,0% PF
Motor2 500 HP
Panel1 3Ph-3W
Carga1 20 kVA
Carga2 10 kVA
Carga3 15 kVA
Gráfica 12. Resultados F lu jo de Carga con regulaci ón del TA P del T ran sf orm ador.
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Anexo.
Gráfica 13. V isuali zación Cr eación de un Nu evo pr oyecto en ET AP.
Gráfica 14. I nf ormaci ón General del Pr oyecto Cuando se generan reportes escritos en ETAP se requiere que adicional a la información ya sean los resultados del flujo de carga o cortocircuito ; dicha información adicional se especifica en la ventada proyecto información donde se determinar el titulo del proyecto, la ubicación, el ingeniero a cargo, los comentarios (información adicional del proyecto), entre otros. Estos datos se muestran en los distintos reportes escritos generados por los módulos de ETAP.
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Gráfica 15. D eterm in ar l a nor mati va para el caso de estudio.
Parámetros del Transformador.
Gráfica 16. Determi nar capacidad del tr ansfor mador de 3M VA , valor nomi nal de voltaj e del l ado pri mari o y secun dari o. I mpedanci a y r elación X/R típica.
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Parámetros de los Motores.
Gráfica 17. Determinar referencia física a un motor. Datos típicos dados por un fabricante.
Parámetros del Panel de Carga
Gráfica 18. Definir los parámetros para el sistema de Paneles.
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Parámetros de los interruptores de Baja.
REFERENCIAS [1] ETAP Tutorials - Training Videos & PDF Documents. ETAP powering sucess. Disponible en línea. http://etap.com/training/tutorials-training-videos.htm [2] CENTELSA S.A. Cables Baja Tensión. Disponible en línea. http://www.centelsa.com.co/index.php?lp=0005 [3] IEEE Std 141-1993. Chapter 4: Short-circuit current calculations [4] IEEE Std 551-2006. Chapter 2: Description of a short-circuit current Chapter 12: Short-circuit calculations under international standard (IEC-60909) [5] IEEE Std 399. Chapters 4, 5, 6, 7 [6] IEEE Std 242-2001. Chapter 2: Short-circuit calculations [7] NFPA 70-2011, National Electrical Code (NEC).
