Practica de laboratorio

1. PRÁCTICA NO.1
ENSAYO DE VACÍO Y CORTOCIRCUITO EN UNA MÁQUINA ROTATIVA SÍNCRONA
JUAN DIEGO PÉREZ UMBARILA
JOHN JAIRO TORRES CAICEDO

2. Contenido
1. Obtención de las características de vacío y cortocircuito
2. Estabilidad de ángulo de rotor
2.1 Variación de la inercia
2.2 Variación de la longitud de la línea
2.3 Variación de la carga

3. Objetivos
Obtener las características de vacío y cortocircuito de la
máquina síncrona.
Estudio del comportamiento del ángulo de rotor ante una
falla trifásica en la línea variando el coeficiente de inercia,
la longitud de la línea y la carga.

4. Modelo implementado

5. Prueba de vacío
Iexc(PU) Va(V) Va(PU)
0,10 10,24 0,10
0,20 19,71 0,19
0,30 29,56 0,28
0,40 39,42 0,38
0,50 49,27 0,47
0,60 59,12 0,57
0,70 69,62 0,67
0,80 79,57 0,77
0,90 89,51 0,86
1,00 99,46 0,96
1,10 114,30 1,10
1,20 124,70 1,20
1,50 155,90 1,50
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
1.40
1.60
0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60
Va
(PU)
Iexc (PU)
Ensayo de vacío

6. Prueba de cortocircuito
Iexc Iest(A) Iest(PU)
0,10 31,52 5,45
0,20 63,04 10,91
0,30 94,56 16,36
0,40 126,10 21,82
0,50 157,60 27,27
0,60 189,10 32,72
0,70 220,60 38,17
0,80 252,20 43,63
0,90 283,70 49,08
1,00 315,20 54,53
1,10 346,70 59,98
1,20 378,20 65,43
1,50 472,80 81,80
0.00
10.00
20.00
30.00
40.00
50.00
60.00
70.00
80.00
90.00
0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60
Iestator
(PU)
Iexc (PU)
Ensayo de corto

7. Modelo implementado
En el caso de variación de carga se omitió el equivalente de red para que la variación del ángulo del rotor fuera evidente
Equivalente de red

8. Variación del coeficiente de inercia H[s]
Caso H[s] Angf[°] Test_arr[s] Test_falla[s] Tcrit[s]
Sin falla
2,3 19,73 17,2
NA no sale de
estabilidad
Con falla 11,8
Sin falla
3,0 19,73 24,3
NA
0,23
Con falla 13
Sin falla
3,7 19,73 25,1
NA
0,25
Con falla 12
Sin falla
4,4 19,73 24
NA
0,28
Con falla 10,5
Sin falla
5,1 19,73 23
NA
0,29
Con falla 9,5
NOTA: Se usa como criterio para definir el tiempo de estabilidad del ángulo del rotor Angf ∓ 0,5°

9. Variación del coeficiente de inercia H[s]
0
5
10
15
20
25
30
0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0
TIEMPO DE ARRANQUE (s) INERCIA (s)
0
5
10
15
0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0
TIEMPO DE ESTABILIZACIÓN DE FALLA (s) VS FACTOR
DE INERCIA (s)
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0
TIEMPO CRÍTICO (s) VS FACTOR DE INERCIA (s)

10. Variación del coeficiente de inercia H=2,3 s

11. Variación del coeficiente de inercia H=3,0 s

12. Variación del coeficiente de inercia H=3,7 s

13. Variación del coeficiente de inercia H=4,4 s

14. Variación del coeficiente de inercia H=5,1 s

15. Variación de la longitud de la línea [km]
Caso H[s] L[km] Angf[°] Test_arr[s] Test_falla Tcrit[s]
Sin falla
3,7
150,0 19,63 17,5
NA
0,28
Con falla 9,8
Sin falla
175,0 19,67 20,5
NA
0,263
Con falla 11,2
Sin falla
200,0 19,73 25,8
NA
0,2498
Con falla 12,1
Sin falla
225,0 19,79 34
NA
0,24
Con falla 13,5
Sin falla
300,0 No est No est
NA
No est
Con falla No est
NOTA: Se usa como criterio para definir el tiempo de estabilidad del ángulo del rotor Angf ∓ 0,5°

16. Variación de la longitud de la línea [km]
0
5
10
15
0.0 50.0 100.0 150.0 200.0 250.0 300.0 350.0
TIEMPO DE ESTABILIZACIÓN DE FALLA (s) VS
LONGITUD DE LÍNEA (km)
0
0.1
0.2
0.3
0.0 50.0 100.0 150.0 200.0 250.0 300.0 350.0
TIEMPO CRÍTICO (s) VS LONGITUD DE LÍNEA (km)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0.0 50.0 100.0 150.0 200.0 250.0 300.0 350.0
TIEMPO DE ARRANQUE (s) VS LONGITUD DE LA LÍNEA (km)

17. Variación de la longitud de la línea L=150 km

18. Variación de la longitud de la línea L=175 km

19. Variación de la longitud de la línea L=200 km

20. Variación de la longitud de la línea L=225 km

21. Variación de la longitud de la línea L=300 km

22. Variación de la carga
NOTA: Se usa como criterio para definir el tiempo de estabilidad del ángulo del rotor Angf ∓ 0,5°
H[s] L[km]
Carga
[kW]
Angf[°] Test_arr[s] Test_falla Tcrit[s]
3,7 200,0
10 0,25 0,036 0,189 No desest
46750,0 8,99 28,2 0,45 No desest
140250,0 20,915 17,3426 0,47 No desest
187000,0 23,81 161,5 3,33 No desest

23. Variación de la carga
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
0 20000 40000 60000 80000 100000 120000 140000 160000 180000 200000
TIEMPO DE ARRANQUE (s) VS CARGA (kW)
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
0 20000 40000 60000 80000 100000 120000 140000 160000 180000 200000
TIEMPO DE ESTABILIZACIÓN DE FALLA (s) VS CARGA (kW)

24. Variación de la carga: P=10 kW

25. Variación de la carga: P=4,75 MW

26. Variación de la carga: P=140,25 MW

27. Variación de la carga: P=187 MW

28. Conclusiones
En la obtención de las curvas de cortocircuito y vacío se logró identificar que esta última
no corresponde con lo esperado, debido a que el modelo de la máquina síncrona usada
en el sistema que se implementó no involucra el fenómeno de saturación.
Con la variación del factor de inercia del modelo del generador y las simulaciones
desarrolladas, se infiere que el tiempo de arranque es menor para valores bajos de inercia,
que el tiempo de establecimiento después de una falla es menor para valores grandes de
inercia y que cuando la inercia de la máquina es grande el tiempo máximo de duración de
la falla es mayor.

29. Conclusiones
Con la variación de la longitud de la línea y las simulaciones desarrolladas, se infiere que
el tiempo de arranque y de estabilidad después de la falla es menor para las longitudes
de línea más cortas y que cuando la longitud de la línea es grande el tiempo máximo de
duración de la falla es menor.
Con la variación de la carga y las simulaciones desarrolladas, se infiere que el ángulo de
carga aumenta de forma proporcional al incremento de carga, pero respecto a los
tiempos de estabilización, estos si se hacen un poco más difícil interpretar los resultados
debido a las variaciones pequeñas de este parámetro.