Ingenieria

PROTECCIONES DE RED DE 4 NODOS

Tomás Aranda Caba
e-mail: tomas_aranda@ucol.com.mx

RESUMEN: Cuando tenemos una red eléctrica tenemos el problema de que en cualquier momento pueda ocurrir una falla en el sistema y no atenderlo podría ocasionar un grave problema a nuestro sistema de potencia, para esto debemos proteger nuestra red con sistemas de protecciones que actúen lo más prontoposible para disminuir el daño y poder reparar la falla. En este trabajo se hace un estudio de flujos de potencia para conocer cuáles son los voltajes de cada nodo con los que opera la red eléctrica de 4 nodos. Conociendo los voltajes de operación en cada nodo se hace un estudio de corto circuito para analizar las corrientes de fallas. Utilizando las corrientes más críticas de cada nodo procedemos aseleccionar el tipo de protección más adecuado para la red eléctrica.


PALABRAS CLAVE: Corto circuito, fallas, flujos de potencia, protecciones, red eléctrica, sistemas de potencia.

INTRODUCCION

Este reporte contiene el análisis de protecciones para una red de 4 nodos, utilizando flujos de potencia mediante el método de Newton Raphson, análisis de corto circuito analizando los tipos defalla: línea-línea, línea-tierra, doble línea-tierra, trifásica-tierra y selección de protecciones.

CARACTERÍSTICAS GENERALES

Los resultados obtenidos en este documento fueron obtenidos mediante un análisis de flujos de potencia utilizando el método de Newton Raphson, debido a la rapidez a la que se llega a la solución. Los valores de la red se ingresaron en un programa de MATLAB para poderrealizar flujos de potencia y de ahí obtuvimos los resultados.

Solo los voltajes resultantes de cada nodo se utilizaron para hacer el análisis de corto circuito y así obtener los diferentes tipos de corrientes de fallas en cada nodo.

Conociendo las corrientes de falla más críticas en cada nodo se procedió a la selección del sistema de protección más adecuado para la red.

La red cuentacon 4 nodos (1 slack, 1 pv, 2 pq), con 2 generadores de potencia, 2 líneas y un transformador.

Los valores base son: 230 kV y 100 MVA en el lado de transmisión. El tiempo de coordinación es de 0.4 s, el tiempo del interruptor es de 5 ciclos y se usara un relevador CO-8.

ANALISIS DE RED ELECTRICA

Los datos de la red eléctrica se muestran en las siguientes tablas:Tabla 1. Datos de transformadores

Envío | Recepción | Tap (pu) | X1 (pu) | X2 (pu) | X0 (pu) | MVA |
1 | 2 | 1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 200 |

Tabla2. Potencia demandada de la red

Nodo | Tipo | Carga P(MW) | Carga Q (MVAR) |
1 | SLACK | 0 | 0 |
2 | PQ | 40 | 5 |
3 | PQ | 30 | 5 |
4 | PV | 35 | 10 |
Total | | 105 | 20 |

Tabla 3. Datos de generadores

Nodo | X1 (pu) |X2 (pu) | X0 (pu) | Xn (pu) |
1 | 0.15 | 0.16 | 0.08 | 0 |
2 | 0.17 | 0.18 | 0.09 | 0 |
3 | 0.19 | 0.2 | 0.1 | 0.04 |

Tabla 4. Líneas de Transmisión
Línea | X1 (Ω) | X2 (Ω) | X0 (Ω) |
L1 | 50 | 50 | 150 |
L2 | 40 | 40 | 100 |

Tabla 5. Datos de control de voltaje

Nodo | Voltajes (pu) |
4 | 0.95 |

El diagrama de la red eléctrica de 4 nodos se muestra en la siguiente figura:Fig. 1. Red de 4 nodos

DESARROLLO

Analizando la red con flujos de potencia nos dieron los siguientes resultados:

Tabla 6. Voltaje y ángulos resultantes

Nodo | Tipo | Voltajes (pu) | Ángulos (pu) |
1 | SLACK | 1.0000 | 0.0000 |
2 | PQ | 0.9834 | -0.0500 |
3 | PQ | 0.9615 | -0.1200 |
4 | PV | 0.9500 | -0.1500 |

Teniendo los voltajes deoperación nominal de la red podemos pasar a hacer el análisis de corto circuito que nos da los siguientes resultados.

Tabla 7. Impedancias de redes de secuencia

Nodo | Tipo | Zbus Pos (pu) | Zbus Neg (pu) | Zbus Zero (pu) |
1 | Slack | 0 + 0.1098i | 0 + 0.1159i | 0 + 0.0722i |
2 | Pq | 0 + 0.1286i | 0 + 0.1340i | 0 + 0.1095i |
3 | Pq | 0 + 0.1397i | 0 + 0.1447i | 0 + 0.2056i |...