2. OBJETIVO
El módulo deberá tener las dimensiones adecuadas para ser utilizado en
el estante que se encuentra en el laboratorio de sistemas de potencia.
Se requiere de este módulo para una mejor comprensión de los temas
referentes a líneas de transmisión que se abordan en las materias de
sistemas de potencia.
Diseñar y construir un módulo experimental de una línea de
transmisión de 400 kV.
5. JUSTIFICACIÓN
Para algunos conceptos es más fácil su
comprensión si estos son tangibles o
si pueden ser observados físicamente y
mediante el análisis de su
comportamiento.
6. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
La línea de transmisión es el elemento que transporta la
energía eléctrica desde la estación generadora hasta la carga.
Se compone de tres o más conductores desnudos, pueden
transportar la energía eléctrica a través de cientos de
kilómetros.
Por lo tanto, el reto será construir un módulo de dimensiones
compactas que sea capaz de mantener los fenómenos que
ocurren en una línea de transmisión como los parámetros
concentrados y se consideraran parámetros constantes.
7. TRANSFORMAR LA VOZ DEL CLIENTE
3.611%
18.333%
8.056%
10.278%
2.778%
15.278%
17.222%
11.111%
9.722%
3.611%
VOLUMEN
DIDÁCTICO
COSTO ACCESIBLE
RESISTENTE
PESO
DISTINTOS TIPOS DE LÍNEA
DISTINTOS MODELOS DE LÍNEA
SEGURIDAD
PRECISIÓN
ESTÉTICA
Volumen Didáctico Costo accesible Resistente Peso
Distintos tipos
de línea
Distintos
modelos de línea
Seguridad Precisión Estética
Series1 3.611% 18.333% 8.056% 10.278% 2.778% 15.278% 17.222% 11.111% 9.722% 3.611%
NECESIDADES DEL CLIENTE
15. ELECCIÓN DE ALTERNATIVA
SELECCIÓN DE PROPUESTA
Acorde al análisis que se realizó a cada
una de las propuestas de solución
planteadas, se determinó que la propuesta
de solución óptima por tiempo y recursos,
que además cumple con lo especificado.
16. COMPARATIVA
Módulo de línea de transmisión.
Modelo 8370.
Módulo de línea de transmisión
150Km/300Km (93,2 millas/186,4
millas), No.: CO3301-3A
Módulo de línea de
transmisión. Modelo DL
7901TT.
Labvolt
$ 55,600.00
Lucas Nüll
$433,582.56
De Lorenzo
$ 49,750.00
17. COMPARATIVA
Dispositivos Cantidad Precio unitario Total
Medidores de tensión y
corriente
6 $360,00 $2100,00
Capacitores
4.7 µF
250 V
12 $17,00 $204,00
Capacitores
25 µF
250 V
4 $44,00 $176,00
Bobinas de 87.1 mH 3 $754,00 $2262,00
Resistencias de 7 Ω a 50
Watts
3 $140,00 $420,00
Lamina perforada 1 $500,00 $500,00
Baquelita 1 $500,00 $500,00
Bornes 8 $800,00 $800,00
Accesorios SC $178.50 $178.50
Grabado Laser 1 $90,00 $90,00
Total (MXN) $7230,50
Descripción Días $/Hr Hr/día
Mano de obra 60 $77.00 8 $36960,00
Total $44190,50
IEA’s
20. Tensión linea a linea (KV) Capacidad de transmisión (KVA) Corriente (A)
115 50000 251
138 72000 301
230 200000 502
345 450000 753
500 945000 1091
765 2200000 1660
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900
Corriente
Voltaje
Tensión contra corriente
Tensión contra corriente
Tensión línea a línea (kV) Capacidad de trasmisión (kVA) Corriente (A)
21. Para obtener el valor de corriente deseado se utiliza la interpolación, tomando los 400 kV
como dato inicial.
𝑌 = 𝑌𝑎 + (𝑋 − 𝑋 𝑎)
(𝑌𝑏− 𝑌𝑎)
(𝑋 𝑏 − 𝑋 𝑎)
Sustituyendo valores:
𝐼 = 753 + (400𝐾 − 345𝐾)
(1091 − 753)
(500𝐾 − 345𝐾)
𝐼 = 872.94 𝐴
Para calcular el nivel de potencia utilizamos:
𝑆 = 3 𝑉 ∗ 𝐼
𝑆 = 3 400𝐾 (872.94)
𝑆 = 604.8 𝑀𝑉𝐴
22. De la empresa Latincasa se obtienen los siguientes conductores
que cumplen la especificación CFE E0000-18.
23. • Lo tipos y calibres de conductores normalmente usados en las líneas de transmisión por la CFE
son las siguientes:
• Para 400 kV: ACSR 1113 KCM
• Para 230 kV: ACSR 900 KCM, ACSR 795 KCM, ACSR KCM
• Para 115 kV: ACSR 477 KCM, ACSR 795 KCM
Se elige un cable BLUE JAY/AS ACSR/AS 1113 con las siguientes especificaciones:
Diámetro de conductor = 3.18 cm
T = 1.1925 cm
𝑅𝑀𝐺 = 1.26492 cm
Resistencia eléctrica c.d. nominal = 0.050853 Ω/Km
En las líneas de 400 KV se usan 2 conductores por fase con el objetivo de reducir la
inductancia y el efecto corona.
La distancia entre conductores para niveles de alta tensión se especifica de 2 a 6 pulgadas,
por seguridad se recomienda una distancia de 45 cm.
24. Tabla 1.4 Tabla 1.5
Distancias mínimas verticales de
Conductores sobre vías férreas, suelo o agua. (CNEE No.
47-99).
Distancias mínimas de seguridad entre
conductores y cables soportados por
Diferentes estructuras. (CNEE No. 47-99).
.
25. En base a la tabla 1.4 se calcula la distancia mínima vertical de seguridad
sobre carreteras.
5.6 + 0.01 378 = 9.38 𝑚
El anterior incremento deberá aumentar en un 3% por cada 300m de altura
de exceso de 1000msnm, teniendo en consideración que San Luis Potosí se
encuentra a 1860msnm:
9.38 + 9.38 0.09 = 10.25 𝑚
Utilizando la tabla 1.5 se determina la distancia mínima de
seguridad entre conductores.
0.6 + 0.01 378 = 4.38 𝑚
El anterior incremento deberá aumentar en un 3% por cada 300m
de altura de exceso de 1000msnm.
4.38 + 4.38 0.09 = 4.8 𝑚
27. La elección de las distancias se tomó
considerando la estructura de la figura
No.1, que cumple con la NRF-014, en la
cual se puede trabajar como caso real.
𝐷𝑖𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑎 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜 = 25 𝑚
𝐷𝑖𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠 = 10 𝑚
Las distancias de la estructura supera las
calculadas anteriormente, cumpliendo
con las normas especificadas.
Figura No. 1
28. Se utilizó la herramienta de Matlab® power_lineparam para el cálculo de los
parámetros de la línea de transmisión.
38. Simulación de líneas de transmisión real y
del módulo con parámetros distribuidos,
para verificar si el escalamiento es correcto.
39. Simulación de líneas de transmisión real
con parámetros distribuidos y del módulo
con valores del modelo pi que es el que se
va a manejar.
Gráfica de tensión Gráfica de corriente
40. Simulación de líneas de transmisión real con parámetros
distribuidos y del módulo con modelo de línea corta.
41. GRÁFICAS DE TENSIÓN Y CORRIENTE
La línea corta en color negro y en rojo las de parámetros
distribuidos, en donde se aprecia gran diferencia ya que la
línea corta no cuenta con capacitancias.
Gráfica de tensión Gráfica de corriente
42. DISEÑO DE LOS INDUCTORES
Para el diseño de los inductores se usaron
materiales magnéticamente “Blandos”,
como en éste caso Acero al Silicio.
Los materiales blandos tienen la ventaja
de que tienen una facilidad de
desmagnetización debido a que su ciclo
de histéresis se lo permite, ya que si se
tiene un área pequeña es posible evitar
la remanencia del material.
Ciclo de Histéresis
Originalmente
el Ap era para
un núcleo tipo
EI-145, pero
debido a que
comercialmente
no se encuentra
se realizó el
cálculo para un
EI-150.
43. Se eligieron núcleos tipos EI de aleación de
Acero al Silicio ya que son de los materiales
ferromagnéticos más comerciales, más
usados y fáciles de encontrar.
La aleación se compone de un 3% de Silicio y
97% de Hierro.
Permeabilidad Inicial 𝜇 = 1500
Densidad de Flujo Bs = 1.5 − 1.8 Teslas
Temperatura de 750
o
C
44. CÁLCULO
P = VA 127(5) = 635 Watts.
J = 163.58 A/cm2
Ap =
𝑉𝐴 104
𝑘 𝑓 𝑘 𝑢 𝐵 𝑎𝑐 𝑓𝐽
, [cm4]
𝑘 𝑓 = Factor de forma.
𝑘 𝑢 = Factor de utilización de ventana.
𝐵𝑎𝑐 = Densidad de flujo, T, tesla.
𝑓 = Frecuencia, Hz.
𝐽 = Densidad de corriente, amps/cm2.
𝑀𝑃𝐿 = Longitud de trayectoria magnética
47. Material: Acero al Silicio
Núcleo : EI-150
Calibre : AWG #13
Amp: 6.9 A
#Vueltas: 192
Lg: 0.0869 cm
RESULTADOS DE
INDUCTORES DE
LÍNEA
RESULTADOS DE INDUCTORES
DE ACOPLAMIENTO
Material: Acero al Silicio
Núcleo : EI-112
Calibre : AWG #20
Amp: 1.36 A
#Vueltas: 360
Lg: .4908 cm
48. Los cálculos realizados coinciden con los arrojados con el programa del M.I. Miguel Ángel
Esparza Gurrola.
50. EFECTOS PARÁSITOS EN LOS ELEMENTOS
Normalmente se estudian los componentes como si fuesen elementos ideales que soportan
potencias, corrientes y voltajes infinitos
A medida que se especializa el diseño, y se pretende sacar el máximo rendimiento a un circuito,
debemos tener en cuenta que los componentes reales no se comportan como componentes ideales,
tienen trabas en su funcionamiento que los alejan del comportamiento esperado. Por ejemplo, el
ejemplo más obvio y cercano es el caso de los componentes para filtros pasivos.
•Condensadores.
Los fenómenos parásitos de los condensadores son básicamente 4:
51. ESR: (Resistencia equivalente serie.)
Limita el valor mínimo de impedancia obtenido. Es
bastante importante para filtrado, ya que una ESR
alta impedirá que la atenuación fuera de banda sea
la adecuada. Se modela como una resistencia en
serie con el condensador y limita la mínima
impedancia que es posible obtener.
ESL (Inductancia equivalente serie.)
La inductancia parásita en serie implica
que a partir de una frecuencia el
condensador ya no se comporta como un
condensador sino como una bobina. Se
comporta como una bobina en serie con el
condensador.
Absorción dieléctrica.
Es un fenómeno parásito de los aislantes, que produce el
llamado "efecto memoria". Si se prueba cargar un condensador
electrolítico a una tensión, y luego descargarlo cortocircuitando
sus terminales, se puede ver que su tensión es cero con los
terminales cortocircuitados. Pero luego al abrir el circuito se ve
rápidamente que su tensión sube hasta alrededor de +1V. Toda
la carga debería abandonar el condensador inmediatamente.
Leackage: Goteo de corriente.
Es importante por las pérdidas que puede producir
en circuitos de bajo consumo, ya que supone el
auto descarga del condensador, y en circuitos que
requieran precisión en DC no deben usarse. Se
modela como una resistencia en paralelo con el
condensador.
59. Evento #5 a 26/11/2015 09:14:30.766
A-BVrms Muy Bajo a Bajo
Diagrama de forma de onda/detalles
09:14:30.80
26/11/2015
Jueves
09:14:30.85 09:14:30.90 09:14:30.95 09:14:31.00
-300
-200
-100
0
100
200
300
Voltios
A-B V B-C V C-A V
-2
-1
0
1
2
Amperios
A I B I C I
Dran-View 6.14.00 HASP : 2015543206 (7822BFA6h)
60. Evento #5 a 26/11/2015 09:14:30.766
A-BVrms Muy Bajo a Bajo
Límite cruzado 22.0
09:14:30.80
26/11/2015
Jueves
09:14:30.85 09:14:30.90 09:14:30.95 09:14:31.00
-300
A-B V B-C V C-A V
-2
-1
0
1
2
Amperios
A I B I C I
61.
62. BENEFICIO SOCIAL.
EL BENEFICIO SOCIAL SE MANIFIESTA EN LOS ESTUDIANTES QUE CURSAN LA ASIGNATURA DE SISTEMAS
DE POTENCIA, EN DONDE EL MÓDULO SIRVE DE APOYO PARA LA COMPRENSIÓN DE LAS LÍNEAS DE
TRANSMISIÓN, EL MÓDULO BENEFICIARA APROXIMADAMENTE A MÁS DE 100 ALUMNOS POR SEMESTRE.
BENEFICIO ECONÓMICO.
EL BENEFICIO ECONÓMICO EN EL MÓDULO DE LÍNEA DE TRASMISIÓN DE 400 KV, ES QUE CUENTA CON
TODOS LOS CÁLCULOS DE DISEÑO DE CADA UNO DE LOS ELEMENTOS QUE COMPONEN EL MODULO,
PERMITIENDO SU FLEXIBILIDAD SEGÚN LAS NECESIDADES DEL CLIENTE, CUBRIENDO ASÍ UN MERCADO
MÁS AMPLIO.
BENEFICIO AMBIENTAL
MEDIANTE EL USO DE ESTE MÓDULO SE PUEDE ESTUDIAR EL IMPACTO DE TENER MENOS PERDIDAS Y
APROVECHAR DE MEJOR MANERA LA ENERGÍA Y NO ABUSAR DE LOS RECURSOS ENERGÉTICOS.
64. BIBLIOGRAFÍA
• Grainger John J, Stevenson William D. Jr, “Análisis de Sistemas de Potencia”,
1ª Ed, Ed. McGraw-Hill, 2005
• Glover J. Duncan, Sarma Mulukutla S. “Sistemas de Potencia, Análisis y
Diseño”, 3ª Ed, Ed. Thomson, 2004
• Colonel Wm. T. McLyman, “Transformer and inductor design handbook”, 3ª
Ed , 2004
• Software Mathworks ®Matlab®/Simulink
• Software Mathworks ®Matlab®/SimPowerSystems/Power_lineparam
• Software SimPowerSystems / Model and simulate electrical power systems.