Sistema de Transmisión en Extra Alta Tensión

Sistemas de Transmisión
en Extra Alta Tensión

Estudios Especiales en Sistemas de
Transmisión en Extra Alta Tensión:

Transitorios Electromagnéticos y Otros

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• Temas a Considerar
• Seguridad Pública
• Calidad de Servicio
• Solicitaciones sobre el Equipamiento

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• Se debe cumplir con la legislación vigente,
la cual se refiere a dar especificaciones que
eviten contingencias de daños a la gente.

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• En Argentina se dan resoluciones de
la Secretaría de Energía, que
establecen valores máximos
admisibles de campos electrostáticos
y electromagnéticos al borde de la
franja de servidumbre.
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• En base a los documentos elaborados
conjuntamente por la Organización
Mundial de la Salud (OMS), la Asociacion
Internacional Proteccion contra la
Radiacion no Ionizante (IRPA), y el
Programa Ambiental de Naciones Unidas

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• los cuales recopilan en diferente países, los
valores típicos de la mayoría de las líneas
que se encuentran en operación, se adopta
el siguiente valor límite superior de campo
eléctrico no perturbado, para líneas en
condiciones de tensión nominal y
conductores a temperatura máxima anual:
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• Tres kilovoltios por metro (3 kV/m), en el
borde de la franja de servidumbre, fuera de
ella y en el borde perimetral de las
subestaciones, medido a un metro (1 M)
del nivel del suelo.

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• En base a la experiencia de otros países,
algunos de los cuales han dictado normas
interinas de campos de inducción
magnéticas y a los valores típicos de las
líneas en operación, se adopta el siguiente
valor límite superiores de campo de
inducción magnética para líneas en
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• condiciones de máxima carga definida por
el límite térmico de los conductores:
doscientos cincuenta mili Gauss (250 mG),
en el borde de la franja de servidumbre,
fuera de ella y en el borde perimetral de las
subestaciones, medido a un metro (1m) del
nivel del suelo
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• Torre Autosoportada

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• Torre Arriendada CRS

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• Se debe cumplir con la legislación vigente,
la cual se refiere a dar especificaciones en
lo que concierne a:

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• Continuidad en la prestación
• Tensiones dentro de la banda establecida
• Perturbaciones acotadas a un nivel
admisible, determinado por la
reglamentación vigente.

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• Se consideran, como perturbaciones a:
• Distorsión de Onda (armónicas)
• Flicker
• Huecos de Tensión
• Estos casos deben ser considerados en las
redes de M.T. y de A.T.
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• Para los niveles de transmisión en Extra
Alta Tensión son de primordial interés las
perturbaciones provocadas por Efecto
Corona

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• Radio interferencia
• Ruido audible
• Efluvios
• Pérdidas por efecto corona (no hace a la
calidad de servicio pero si al diseño de la
línea)
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• El efecto corona va a depender de:
• Tensión de operación
• Configuración geométrica de la línea
• Condiciones climáticas
• Densidad del aire (altitud sobre el nivel del mar)
• Contaminación
• Rugosidad de los conductores

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• En Argentina se da una resolución de la
Secretaría de Energía, que establece
valores máximos admisibles de radio
interferencia y de ruido audible.

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• La Comisión Nacional de Comunicaciones, fija
un nivel máximo de Radio Interferencia (RI) en:
cincuenta y cuatro decibeles (54 dB) durante
ochenta por ciento (80%) del tiempo, en horarios
diurnos (Norma SC-S-3.80.02/76 - Resolución
ex-SC Nº 117/78, medidos a una distancia
horizontal mínima de cinco (5) veces la altura de
la línea aérea en sus postes o torres de
suspensión.
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• Se fija un límite de cincuenta y tres decibeles 'A'
[53dB(A)], valor que no debe ser superado el
cincuenta por ciento (50%) de las veces en
condición de conductor húmedo, a una distancia
de treinta metros (30m) desde el centro de la
traza de la línea o en el límite de la franja de
servidumbre o parámetro de una estación
transformadora
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• Efluvios por Efecto Corona:
• Se utiliza en este caso la fórmula de Peek, que es
la que da el gradiente eléctrico superficial
máximo que pueden presentar los conductores
sin que se de el fenómeno de corona visible en
condiciones de buen tiempo
• Este es un requerimiento que se adopta para las
líneas de transmisión en alta tensión.

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• La fórmula de Peek se transcribe a
continuación:

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• M: Coeficiente de rugosidad del
conductor
• R: Radio en cm del conductor
• h: Altura del conductor sobre el nivel del
mar
• t: Temperatura ambiente en °C
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• Pérdidas por Efecto Corona

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• Dieléctricas
• Térmicas
• Electrodinámicas
• Flujo Magnético (en transformadores)

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• Se debe evitar que ante cualquier
contingencia que se de en el sistema se
presente sobre el equipamiento
solicitaciones que lo pudieran dañar o
degradar (pérdida de vida útil)

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• Solicitaciones Dieléctricas (coordinación
del aislamiento)
• Norma de Aplicación
• IEC 60071- Insulation Co-ordination
• Part 1 Definitions, principles and rules
• Part 2 Application guide
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• Térmicas
• Electrodinámicas
• IEC 60076 – Power Transformers
• Part 5 Ability to withstand short circuit
• Part 6 Reactors

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• Se debe considerar también las
solicitaciones térmicas sobre el cable
OPGW (Optical Ground Wire), para el caso
de falla monofásica, para así especificarlo.

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• Se debe considerar también las
solicitaciones térmicas sobre los
descargadores, por lo que en el diseño de un
sistema de transmisión, se debe simular
contingencias muy exigentes, para
determinar la capacidad térmica requerida.

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• Flujo Magnético (en transformadores)
• IEC 60076 – Power Transformers
• Part 8 Application guide

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• Se debe entender que este 5% de
sobretensión, debe darse con carga
nominal y cos φ 0.8, por lo que la tensión
aplicada al primario debe ubicarse por ej.,
a lo sumo en 1.0 p.u. si el tap del
transformador se encuentra en .95
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• Estudios de Diseño para Sistemas de
E.A.T.
• Energización de Líneas
• Análisis de Solicitación Térmica en
Descargadores
• Estudios de recierre monofásico
• Estudios de Solicitaciones Térmicas y
Dinámicas en los Reactores de Neutro
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• Estudios de Diseño para Sistemas de
E.A.T.
• Sobretensiones por fenómenos de
resonancia con fases abiertas
• Verificación de la TRV, Tensiones de
Restablecimiento. Metodología de los
cuatro parámetros, descripta en el Anexo E
de la Norma IEC 62271 – 100.
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• Aplicaciones – Estudios Realizados

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• Análisis de la Inserción de la E.T.
Oscar Smith
• Se describen los estudios de transitorios
electromagnéticos realizados, para determinar las
adecuaciones necesarias en equipamiento de
compensación shunt, con motivo de la próxima
inserción de la E.T. Oscar Smith, lo que lleva a
un seccionamiento de la línea Colonia Elía, hacia
(Belgrano-) Rodríguez y de su derivación en
doble línea de 47.4 km hacia esta nueva E.T.

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Oscar Smith
• Para el presente caso son decisivos dos tipos de
estudios: estudios de efectividad de las
maniobras de recierre monofásico y, para tramos
que pudieran quedar sobrecompensados o con un
grado de compensación cercano al 100%, es
necesario verificar que no se presenten
problemas de resonancia destructivos con uno y
dos conductores abiertos.

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Oscar Smith

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Oscar Smith - Recierre Monofásico

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Oscar Smith – Solicitaciones en Reactor
de Neutro

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de Neutro

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de Neutro

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de Neutro

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Oscar Smith – Análisis de Resonancia a
fase abierta.

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• Determinación de las Corrientes de
Inserción de Transformadores en una
Red Eléctrica

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• La inserción de grandes transformadores
en las redes de alta tensión puede
determinar transitorios de notable amplitud
y duración, tanto en tensión como en
corriente, debido a las condiciones de
alinealidad por saturación del núcleo,
como al efecto de histéresis y al
magnetismo remanente.
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• Estudios de Tensión de Restablecimiento
para la Especificación de Interruptores de
la Cuarta Línea de 500 kV Comahue -
Buenos Aires

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• TRV (Transient Recovery Voltage)
• RRRV (Rate of Rise of Restriking
Voltage).

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• Norma IEC 56 – Método de los 4 Parámetros

• u1: Primer pico de la tensión de restablecimiento.
• t1: Tiempo en que se alcanza la tensión u1 a
partir de la interrupción de corriente.
• uc: Tensión de pico máxima de la tensión de
restablecimiento:
• t2: Tiempo en que se alcanza la tensión uc a
partir de la interrupción de corriente.
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• Se realiza sobre el tramo Piedra del Águila -
Choele Choel que es el de mayor longitud de la
línea y en la condición de máxima transferencia.
• Fue modelado el Sistema Sur completo, con el
programa ATP, y se realizaron los estudios sobre
los interruptores en Piedra del Águila y en
Choele Choel

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• Las líneas entre Alicurá y El Chocón y las de El
Chocón a Ezeiza se modelaron con sus
acoplamientos mutuos.
• En todas las líneas se modelaron sus
transposiciones reales.

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• Red de 500 kV

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• Equivalentes en 50 Hz
• Alicurá: Central Hidráulica y demanda de ERSA.
• Piedra del Aguila: Conexión de la CH Pichi
Picún Leufú.
• Choele Choel: Demanda ERSA
• Bahía Blanca: Central Térmica y demanda
• Olavarría: Demanda

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• Equivalentes en 50 Hz
• Abasto: Red de Subtransmisión
• Ezeiza: Red de Subtransmisión
• Henderson: Red de Subtransmisión
• Puelches: Red de Subtransmisión
• Cerrito de la Costa: CH P.Banderita y CT Loma
de la Lata
• El Chocón: Red de Subtramisión y Cent.
Hidroel.

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• Estructura típica de la línea CRS

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• Modelado de:
• La Nueva Línea
• Equivalentes
• Generadores
• Transformadores
• Reactores
• Cargas
• Descargadores de OZn

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• Modelado de:
• Resistencia de Arco

• Corriente (A) Tensión (V)
• 6.9 1720.
• 20.6 2400.
• 51.6 2900.
• 70.0 3100.

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• Interruptores
• De 2 Cámaras con una capacitancia de
ecualización de 2500 pF por cámara

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• Reactancias de Capacitores Serie
• ET Choele Choel Reactancias
• Banco 1.3 (Ch. Choel-P.Aguila) 28,6
• Banco 1.4 (Ch. Choel- B. Blanca) 19.8

• ET Olavarría
• Banco 2.3 (Olavarría-B.Blanca) 22,7
• Banco 2.4 (Olavarría-Abasto) 24.0

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• Compensación Shunt en Línea

• Reactores en:
• Choele Choel a:
• Piedra del Águila 250 MVAr
• Bahía Blanca 170 MVAr

• Bahía Blanca a Olavarría 150 MVAr
• Olavarría a Abasto 150 MVAr
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• Apertura en Oposición de Fase

• uc = 1435 kV
• t2 = 2960 mseg.

• RRRV = u1/t1 = 0.48 kV/mseg.

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• Apertura Intempestiva de Líneas

• Resultados Apertura Intempestiva de Línea
Piedra del Aguila - Choele Choel:

• TRV RRRV
• P. del Águila 416 kV 0.152 kV/mseg
• Ch. Choel 500 kV 0.183 kV/mseg
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• Apertura Intempestiva de Líneas

• Resultados Apertura de Línea Piedra del Águila -
Choele Choel por Interdisparo:

• TRV RRRV
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• Apertura por Falla Kilométrica
• Apertura de la Línea Piedra del águila Choele
Choel, en Presencia de Falla Kilométrica
• TRV RRRV

• U1 = 608 kV T1 =1210 useg.

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• Apertura por Falla Kilométrica

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• Valores Críticos

• TRV = 1435 kV
• Uc = 1435 kV
• T2 = 2960 useg.

• RRRV = 0.500 kV/useg
• U1 = 608 kV
• T1 = 1210 useg

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• Análisis de Perturbación con Resonancia a
Fase Abierta, Solicitación Sobre el
Equipamiento y Propuesta de Protección

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• Antecedentes:
• Ante una contingencia a fase abierta, se presenta
en una fase de un transformador una sobretensión
de 1.55 p.u., con una duración de 800 ms
• Se da a consecuencia de una resonancia a fase
abierta entre las diferentes componentes reactivas
que intervienen en el fenómeno
• Se analiza el fenómeno y se presenta una
propuesta de protección para evitar daños.
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• Registro Oscilográfico

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• Descripción del Fenómeno

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• Representación de la Contingencia
• Modelado
• Transformador de Potencia
• 150/150/50 MVA
• 500+(10–15) x(1%) /138/34.5 kV
• Xa = 17.97 % Xm = -0.67 % Xb = 27.37 %
• En 500 kV el transformador se encuentra protegido con
• descargadores de ZnO de Unom  396 kV

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• Modelado del Transformador

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• Curva de Magnetización – Representación

• (Vknee point) de 1.10 p.u. en 13.2 kV
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• Curva de Magnetización – Representación

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• Curva de Magnetización - Representación
• La Xac para transformadores es 2 veces la
reactancia de cortocircuito de secuencia positiva,
siendo esta última aproximadamente la
reactancia de dispersión del arrollamiento de alta
tensión.
• XAC de Magnetización  XMagn.ac
• Xac = XMagn.ac + XA = 20 % + 18 % = 38 %
• Vknee point = 1.10 p.u - Xac = 38 %
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• Condiciones Previas a la Contingencia

• Flujo a Romang desde Resistencia de 539 MW
• Flujo de Romang a Santo Tomé de 463 MW
111
• Carga en 132 kV de Romang - 75 MW.


• Simulación de la Maniobra
• T = 0 ms Se inicia la simulación
• T = 20 ms Se presenta la falla monofásica en fase
R en la línea Romang – Santo Tomé en un punto próximo
a Romang (Se simuló la falla a 45 km de Romang que es
el posicionamiento de una transposición)
• T = 100 ms Se abren (en su fase R) los interruptores
de las líneas Resistencia – Romang en Resistencia y
Romang – Santo Tomé en Romang.
• T = 900 ms Se despeja la falla y sé recierra la fase R
del interruptor de Resistencia. 112


• Registro Oscilográfico

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• Análisis de Resultados

• Umax  1.58 p.u. Edesc  2.58MJ T  800 ms

• Es de interés implementar algún tipo de protección para
evitar riesgos
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• Análisis de Sensibilidad
• Se determina que un codo de saturación (knee point) más
elevado o una reactancia de núcleo de aire Xac mayor,
exigirían aún más las solicitaciones sobre el
equipamiento
• Un codo de saturación (knee point) o una reactancia de
núcleo de aire Xac menores, si bien resultarán en
solicitaciones menores, exhibirán corrientes de
magnetización mayores, con sus efectos incrementados
sobre la protección diferencial
115


• Propuesta de Protección
• Descargador utilizado - ZnO de Unom  396 kV

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• Si Tr (strength factor) = 1.  U = 396 kV
• Sobretensión  = 396 / (500/1.73) = 1.37 p.u.
• Si se tuviese una sobretensión de 1.60 p.u.
• Ur = 1.60 / 1.37 = 1.17 Ur
• Tiempo admisible  300 ms

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• Relés de tensión temporizados

• Siendo V1 < V2 < V3 y en consecuencia T1 >T2 >T3, si se
presentase una tensión una tensión levemente inferior a V3, está se
mantendrá un tiempo T2, el mismo concepto aplicado a V2,
mantendrá esta tensión un tiempo T1 y si se aplicase una tensión
próxima a V1 el relé no actuará.
• Esto viene al efecto de que para la determinación de las
solicitaciones dieléctricas o térmicas de cada nivel de tensión, se lo
debe considerar con una duración del nivel inmediato de mayor
118
duración


• Una propuesta para protección de transformador es:

• Una propuesta para protección de línea es:

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• Ejemplo de aplicación de la protección sobre el
transformador

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• Conclusiones
• Normalmente cuando se realiza un estudio de diseño de
compensación en líneas, entre las condiciones que se analizan se
encuentran las de fase o dos fases abiertas, por eventuales
sobretensiones que se pudieran provocar sobre la o las fases
flotantes, (sin referencia) a consecuencia de resonancia sincrónica y
que podría afectar al equipamiento.
• Nunca se considera un caso en que se de una configuración como la
que se presentó en las líneas Resistencia – Romang - Santo Tomé,
con el transformador en Romang con una fase sin referencia, el que
fue analizado en este informe.

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• Conclusiones
• De producirse esto, de acuerdo a lo expuesto, y si se dan ciertas
condiciones en los parámetros de las líneas y del transformador se
podrían presentar sobretensiones que den lugar a solicitaciones
dieléctricas y térmicas excesivas sobre el equipamiento.
• Por lo tanto salvo que se asumiese que la contingencia mencionada
es de probabilidad nula, parece lógico adoptar protecciones de
sobretensión temporizadas con el objeto de proteger al equipamiento.

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