ESTUDIOS ELECTRICOS

ALUAR S.A.- Hidroeléctrica Futaleufú S.A.
TRANSMISION 500 KV
PUERTO MADRYN – CHOELE CHOEL
Estudios de Transitorios de
Energización y Neutralización de Arco Secundario
E S I N S.A.
Buenos Aires - Mayo 2001
ESIN
INTERCONEXION SIP - SADI 500 KV
ESTUDIOS DE TRANSITORIOS DE ENERGIZACION Y NEUTRALIZACION DE ARCO SECUNDARIO
Mayo 2001
INDICE
1.- INTRODUCCION .............................................................................................................................................. 3
2.- EL SISTEMA REPRESENTADO.................................................................................................................... 4
3.- ENERGIZACION .............................................................................................................................................. 7
3.1 ENERGIZACION SOBRE FALLA A TIERRA EN EL EXTREMO ALEJADO............................... 7
3.2 ENERGIZACION SIN FALLA .................................................................................................................. 9
4.- NEUTRALIZACION ARCO SECUNDARIO ................................................................................................ 10
4.1 SISTEMA REPRESENTADO .............................................................................................................. 10
4.2 RESULTADOS DE LAS SIMULACIONES DE ARCO SECUNDARIO ........................................ 11
5.- CONCLUSIONES DE LOS ESTUDIOS AT ................................................................................................ 14
REFERENCIAS .................................................................................................................................................... 14
ESIN
INTERCONEXION SIP - SADI 500 KV
ESTUDIOS DE TRANSITORIOS DE ENERGIZACION Y NEUTRALIZACION DE ARCO SECUNDARIO
Mayo 2001
SECCION 1.-
1.- INTRODUCCION
En este informe se presentan los resultados de estudios ATP para la interconexión SIP –SADI en 500
kV.
En los estudios se analiza el comportamiento de la línea de 500 kV P.Madryn – Choele Choel de 354
km para:


Energización
Neutralización de arco secundario
En los estudios de energización se determinan las sobretensiones temporarias y solicitación térmica
de descargadores durante las maniobras de energización con falla a tierra. Se examinan además las
condiciones para energización normal sin falla, desde ambos extremos.
Los estudios de neutralización de arco secundario examinan las condiciones de extinción para el
éxito del recierre unipolar durante fallas a tierra no permanentes.
El objeto de los estudios es determina la aptitud de la compensación shunt adoptada para la línea y
brindan los elementos de juicio necesarios para la especificación de los reactores de neutro y la
coordinación de aislación.
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SECCION 2.-
2.- EL SISTEMA REPRESENTADO
El tramo en estudio representado con los modelos ATP es el que aparece en la Figura 1, que
incluye:
Autotransformador de 450 MVA 500/330 kV en ET P.Madryn
Línea Puerto Madryn – Choele Choel 500 kV
Reactores de fase de 130 3fMVA con reactor de 1800 ohm de neutro en cada extremo
Reactor de barras de 150 3fMVA en la barra de 500kV de la ET Choele Choel.
La representación incluye saturación de transformadores y reactores y características de
descargadores.
El soft utilizado fue el ATP (Alternative Transients Program)

Línea P.Madryn-Choele Choel
Se considera una línea de 500 kV de 354 km, del tipo cross-rope, 7.5m de distancia entre fases y 4
conductores por fase tipo Peace River modificado totalmente transpuesta.
Los parámetros calculados para la línea en ohm/km para resistividad de 200 ohm m, son los siguientes:
r1
x1
b1
0.01976
0.24489
4.67292 E-6
r0
x0
b0
0.25927
1.08188
2.37283 E-6
Impedancia característica
Potencia característica

230.4 ohm
1151 MW
Compensación Shunt
La línea será compensada mediante dos bancos de reactores shunt, de 130 MVA trifásicos, uno en cada
extremo.
Se incorpora además un reactor de 150 MVA trifásicos en la barra de 500 kV de Choele Choel, en este caso
sin reactor de neutro.
La reactancia nominal Xr de cada reactor será lineal hasta Un x 1.3 e igual a Xr / 3 entre 1.3 y 1.6 Un.

Reactores de Neutro
El valor teórico de los reactores de neutro para cancelación perfecta es de 2400 ohm. No obstante se
ensayaron valores menores a los efectos de encontrar el balance adecuado entre buen desempeño
frente a arco secundario y bajo nivel de aislación del neutro.
La reactancia de neutro adoptada fue: Xn = 1800 ohm.
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
Niveles de aislación y características de descargadores
Se asumieron los siguientes valores de coordinación de uso normal en el SADI. La validez de los
mismos fue confirmada por los estudios.
Reactores shunt
BIL
1425 kV
SIL
1175 kV
50Hz
630 kVrms
Descargadores para Reactores Shunt
Ur 396
10 kJ/kVUr
MCOV 318 kVrms
LPL 10kA
872 kV
SPL
798 kV
Reactor de Neutro
BIL
450 kV
50Hz
185 kVrms
Descargadores para neutro
Ur 144
10 kJ/kVUr
MCOV
115 kVrms
LPL 10kA
317 kV

Equivalentes de Red Externa
Los sistema SIP y SADI fueron representados mediante equivalentes de secuencia positiva y cero
vistos desde las barras de 330 kV de P. Madryn y 500 kV de Choele Choel, respectivamente,
obtenidos mediante simulaciones PSS/E de casos de estudio obtenidos de la Referencia 1.
La Tabla 2 resume los equivalentes de red para los escenarios extremos:
SIP exporta 266 MW
SIP importa 359 MW
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TABLA 2
EQUIVALENTES DE RED
TRANSMISION P. MADRYN –CHOELE
CASO ESTUDIO UNP (Ref 1)
SIP EXPORTA
CARGA
i03pla1
266
Pico
v04vlb0
-359
Valle
1
2
Equivalentes en B 200
P.Madryn 330 kV
R1
X1
R0
X0
0.01716
0.05228
0.00055
0.02409
0.01459
0.12852
0.00047
0.02610
Equivalentes en B 1008
Choele 500kV
R1
X1
R0
X0
0.00111
0.01093
0.00854
0.03258
0.00819
0.02961
0.01188
0.06397
Escenario para ATP
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SECCION 3.-
3.- ENERGIZACION
Las sobretensiones temporarias (TOV) son sobretensiones de frecuencia industrial o próxima a ella
originadas por maniobras de energización, recierre y/o apertura de líneas.
Las TOV pueden provocar saturación de transformadores y destrucción de descargadores si se
supera la capacidad térmica de los mismos.
En esta Sección se analizan:


Energización sobre falla a tierra en el extremo alejado
Energización sin falla
3.1
ENERGIZACION SOBRE FALLA A TIERRA EN EL EXTREMO ALEJADO
Las máximas sobretensiones temporarias se producen en las fases sanas durante la energización con
falla a tierra en el extremo alejado.
Para la simulación se parte de línea desconectada y se simula la siguiente secuencia de eventos:
t=0
t=20ms
t=270ms
t=600ms
inicio de la simulación con línea desconectada
cierre del interruptor de energización sobre la falla R-tierra en el otro extremo
apertura 3f en el extremo de energización por BBUP.
fin de la simulación
La secuencia corresponde a energización con falla a tierra con Stuck Breaker y apertura en segundo
intento por BBUP. Duración de la asimetría 250 mseg. Esta condición provoca la máxima
solicitación térmica de descargadores de las fases sanas del extremo con falla y de descargadores de
neutro.
El tiempo de simulación se extiende mas allá de la apertura para tomar en cuenta la descarga de la
línea luego de la apertura de los interruptores.
La energización se ensaya desde ambos extremos y para los dos escenarios extremos de equivalentes
de red de la Tabla 2.
En cada caso se monitorean los siguientes valores en el extremo fallado:




Tensión de la fase mas solicitada ( T para falla R-tierra)
Energía acumulada en descargadores de fase T
Tensión en los reactores de neutro de ambos extremos
Energía acumulada en descargadores de neutro
3.1.1
Energización desde Choele Choel. Falla R – Tierra en Madryn
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Se realizaron dos simulaciones una para máxima y otra para mínima impedancia de fuente
A) Choele con Z equivalente máxima. Escenario 2
La Figura 3.1 muestra los oscilogramas de:
Hoja 1
- Tensión de la fase T en Madryn
- Energía acumulada en descargadores de fase T de Madryn
- Tensión en el reactor de neutro de Madryn
- Energía acumulada en el descargador de neutro de Madryn
Hoja 2
- Tensión en el reactor de neutro de Choele
- Energía acumulada en el descargador de neutro de Choele
Para el extremo Madryn los valores de interés resultan:
TOV fase T
Sobretensión de maniobra
Energía acum. en descargador fase T
TOV neutro
Energía acum. en descargador de neutro
 587 kV
587/2 = 415 kV rms
728.4 kV
728.4/408 = 1785 pu
787.5 kJ
787.5/396=1.98kJ/kV<<10
219.0 kV
154.8 kVrms < 185
518.4 kJ
518.4/144=3.60 kJ/kV <10
Para el neutro del extremo Choele los valores de TOV y por consecuencia la energía acumulada en el
descargador de neutro son menores.
B) Choele con Z equivalente mínima. Escenario 1.
Resultados en la Figura 3.2.
Para el extremo Madryn:
TOV fase T
Sobretensión de maniobra
Energía acum. en descargador fase T
TOV neutro
Energía acum. en descargador de neutro
 551.7 kV 551.7/2 = 390.1 kV rms
744.4 kV
744.4/408 = 1.824 pu
1152.0 kJ
1152.05/396=2.90kJ/kV<<10
250.0 kV
176.8 kVrms < 185
1178.0 kJ
1178.0/144=8.18 kJ/kV <10
Esta solicitación dimensiona la capacidad del descargador para reactor de neutro.
Para el extremo Choele las solicitaciones son menores.
3.1.2
Energización desde Madryn. Falla R – Tierra en Choele
A) Madryn con Z equivalente máxima. Escenario 2.
Resultados en la Figura 3..3.
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Para el extremo Choele las sobretensiones temporarias son bajas y los descargadores de fase no
absorben energía.
La acumulación de energía en descargador de neutro es despreciable.
Para el extremo Madryn las solicitaciones son aún menores.
B) Madryn con Z equivalente mínima. Escenario 1.
Resultados en la Figura 3.4.
No se producen valores de interés.
La mayor solicitación es la energía acumulada en el descargador de neutro de Choele. No obstante el
valor es muy inferior a la capacidad nominal.
Las simulaciones de energización desde Madryn de las Figuras 3.3 y 3.4 fueron realizadas sin el uso del
reactor de barras de 150 MVA de la ET Choele cuya necesidad para Energización sin Falla se destaca en el
punto 3.2 siguiente.
Con la inclusión de este reactor las condiciones de enrgización con falla son aún más favorables.
La Figura 3.4bis reproduce el caso de la Figura 3.4 incluyendo el reactor de barras incluido.
3.2 ENERGIZACION SIN FALLA
Los resultados de las simulaciones aparecen en las Figuras 3.5 a 3.7.
Las Figuras 3.5 y 3.6 muestran los casos de energización desde Madryn para impedancia de fuente
mínima y máxima (Escenarios 1 y 2) respectivamente.
La Figura 3.7 corresponde a la energización desde Choele para el caso más desfavorable,
impedancia de fuente máxima (Escenario 2).
Para la energización desde Madryn es necesario que en el extremo Choele estén conectados dos
reactores, el de línea de 130 MVA y el reactor de barras de 150 MVA de ET Choele.
Vale decir que previo a la energización, la barra de 550 kV de Choele debe ser despejada y ambas,
barra de 500 kV y reactor de barras, conectados sin tensión al extremo de la línea Madryn – Choele
en Choele.
Las simulaciones de energización sin falla desde Madryn de este estudio son por lo tanto realizadas
asumiendo dos rectores uno de 130 y uno de 150 MVA conectados al extremo Choele.
Con este esquema las Figuras 3.5 a 3.7 muestran que las tensiones se estabilizan rápidamente.
Las sobretensiones transitorias iniciales desaparecen a los pocos ciclos y los descargadores dejan de
absorber energía.
La tensión previa de la barra de energización es en todos los casos 1.0 pu.
Un segundo después de la energización las tensiones se estabilizan por debajo de 1.05 pu.
La energización desde Choele requiere también la conexión del reactor de barras de 150 MVA de
esta ET. No obstante esto se debe a necesidades de reactivo del sistema, detectadas por los estudios
de la Referencia 1 y no a conclusiones de las simulaciones ATP.
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SECCION 4.-
4.- NEUTRALIZACION ARCO SECUNDARIO
Cuando la fase fallada de una línea es desconectada de ambos extremos por los dispositivos de
recierre, el acoplamiento capacitivo e inductivo con las fases sanas pueden sostener la corriente de
arco secundario (Isec) a tierra si la línea es lo suficientemente larga. Para que el recierre sea exitoso,
la corriente de arco secundario debe extinguirse durante el tiempo muerto de recierre y una vez
extinguido el arco, la pendiente (RR) de la tensión de restablecimiento a través del gap debe ser lo
suficientemente baja para evitar su reencendido.
La bibliografía indica los siguientes valores máximos admisibles para extinción del arco:
 40 Arms
 10 kV/mseg
Isec
RR
Por su parte Transener solicita el cumplimiento de los siguientes valores:
Ultimo pico de Isec
RR
Primer pico de la tensión de restablecimiento
 40 A
 8 kV/mseg
 80 kV
En el presente estudio se controla el cumplimiento de ambos criterios.
La efectividad del recierre de la línea en estudio se ensayó mediante simulaciones ATP para diversos
estados de carga y distintas posiciones de la falla en el trayecto de la línea.
4.1
SISTEMA REPRESENTADO
El sistema representado es el de la Figura 1.
Los datos del sistema son los descriptos en la Sección 2 y además:

Equivalentes de Red Externa
Las impedancias de Thevenin utilizadas para representación de la red en barra P.Madryn 330 kV y Choele
Choel 500 kV se obtienen de la Tabla 2.
Para exportación desde el SIP se usó el Escenario 1 y para importación el Escenario 2.

Resistencia de Arco
Para la falla a tierra se simuló la resistencia de arco no lineal utilizada por Transener:
Corriente (A)
Tensión (V)
6.9
1720
ESIN
20.6
51.6
70.0
4.2
2400
2900
3100
RESULTADOS DE LAS SIMULACIONES DE ARCO SECUNDARIO
La efectividad del recierre de la línea se ensayó mediante simulaciones ATP para carga máxima y
distintas posiciones de la falla en el trayecto de la línea.
En cada caso se parte de la línea en servicio y se simula la siguiente secuencia de eventos:
t=0
t=20ms
t=100ms
t500ms
t=800ms
inicio de la simulación con línea en servicio (se indica la carga previa)
falla fase a tierra (se indica la posición de la falla)
apertura de la fase fallada en ambos extremos
se interrumpe la corriente de arco secundario
fin de la simulación
En cada simulación se monitorean:


Isec
RR
Corriente de arco secundario
Tensión de restablecimiento
y además:



Tensión sobre cada reactor de neutro
Corriente en cada reactor de neutro
Enegía en descargadores de neutro
Los dos primeros registros verifican la efectividad del recierre.
Los restantes brindan elementos de juicio para la especificación de reactores de neutro.
Las simulaciones se realizan para carga máxima que es la situación más desfavorable por efectos del
acoplamiento inductivo entre las fases.
La Tabla 2 resume los resultados de simulaciones realizadas para la línea de 354 km.
Los casos 2.1.1 a 2.5.3 corresponden a exportación de 450 MW desde el SIP. Se determinan los
valores para falla en cada fase para cinco posiciones a lo largo de la línea
Los casos 3.1.1 a 3.5.3 verifican los resultados para el mismo flujo de potencia pero en dirección
contraria y para fallas en los extremos y en el centro de la línea.
A modo de ejemplo se describen los oscilogramas correspondientes al Caso 2.1.1. Falla a tierra en
fase R en el extremo Madryn con flujo de 450 MW en la dirección SIP - SADI.
La Figura 4.1 muestra la secuencia completa simulada:
t=0 a t=20ms
t=20 a t=100ms
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tensión de fase R antes de la falla
corriente de falla de fase R
t=100 a t=500ms
t500 en adelante
corriente de arco secundario Isec
tensión de restablecimiento del arco secundario
La Figura 4.2 del mismo caso reproduce ampliado el tramo de 40 mseg en el que se miden los
valores de Isec y RR.
Los resultados de la Tabla 2 indican que:
- Los valores de Is y RR cumplen en todos los casos simulados con los requerimientos para recierre
exitoso
- Los escenarios de valle con alta transferencia son algo más desfavorables que los de pico.
De las simulaciones surge también que:
- El nivel de aislación del neutro no es definido por esta solicitación.
- La corriente y tensión máximas en reactores de neutro se producen en el reactor de Choele Choel
para falla a tierra próxima a dicha estación.
Las Figuras 4.3 y 4.4 muestran, para el caso peor 3.5.2: corriente y tensión en el reactor de neutro y
energía acumulada en el descargador de neutro, para cada extremo, durante el lapso de simulación.
Las sobretensiones temporarias no alcanzan a activar a los descargadores de neutro.
ESIN
TABLA 2
NEUTRALIZACION DE ARCO SECUNDARIO
LINEA PUERTO MADRYN - CHOEL
CASO
2.1.1
2.1.2
2.1.3
CARGA
REACTOR
FALLA EN
en la línea
de neutro
en
MW
ohm
450
1800
FASE
Isec
Isec
RR
Ultimo pico
RV
Primer pico
Amp rms
Amp cr
kV/mseg
kVp
P.Madryn
R
S
T
11.981
11.234
14.997
20.258
19.789
25.579
3.060
2.700
3.470
15.989
15.080
19.082
2.2.1
2.2.2
2.2.3
Transp 1
R
S
T
9.782
7.184
10.718
16.789
11.915
18.200
2.600
1.950
2.710
13.415
10.315
14.790
2.3.1
2.3.2
2.3.3
Transp2
R
S
T
5.644
4.156
5.695
9.812
6.382
9.940
1.570
1.100
1.370
8.319
6.270
8.373
2.4.1
2.4.2
2.4.3
Transp 3
R
S
T
9.717
6.734
8.347
15.652
11.009
13.841
2.570
1.740
2.170
13.399
9.444
11.970
2.5.1
2.5.2
2.5.3
Choele
R
S
T
13.168
10.381
10.221
21.691
17.894
16.935
3.310
2.660
2.640
17.528
13.066
14.581
P.Madryn
R
S
T
16.622
18.439
17.147
32.630
30.543
34.756
4.700
5.410
6.180
21.773
21.986
20.296
3.3.1
3.3.2
3.3.3
Transp2
R
S
T
6.759
7.449
6.151
10.905
16.173
12.136
6.180
5.840
2.700
8.876
9.612
8.290
3.5.1
3.5.2
3.5.3
Choele
R
S
T
17.400
18.933
17.216
33.854
32.831
35.118
6.550
5.840
4.510
23.034
25.737
23.910
40
40
10/8
80
3.1.1
3.1.2
3.1.3
-450
1800
Valores máximos admisibles
NOTA: Para exportación desde el SIP (450MW) se usó el Escenario 1 de la Tabla 2, Pico.
Para importación (-450MW) el Escenario 2, Valle.
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SECCION 5.-
5.- CONCLUSIONES DE LOS ESTUDIOS AT
Se ensayó el sistema de compensación de la línea, compuesto por dos bancos de reactores shunt de 130
MVA y reactor de neutro de 1800 ohm en cada extremo.
El sistema así equipado controla adecuadamente los valores de corriente de arco secundario y tensión de
restablecimiento durante el ciclo de recierre, asegurando recierre exitoso para fallas en el 100 % de la línea y
para cualquier condición de carga.
Las mayores solicitaciones sobre los equipos de neutro se producen para la energización desde
Choele sobre falla a tierra en Madryn. No obstante, el uso de descargadores de neutro de tensión
nominal 144 kV y capacidad térmica 10 kJ/kV, permite mantener el BIL 450kV normalmente usada
en el SADI para las aislaciones de neutro de 500 kV.
Las sobretensiones de las fases sanas son moderadas como así también las solicitaciones sobre
descargadores.
Para la energización sin falla desde Madryn se necesitan ambos reactores de 130 MVA de línea y además el
reactor de 150MVA de barras de la ET Choele Choel. Esta exigencia requiere la maniobra de despeje de
dicha barra previo a la energización.
La energización desde Choele no presenta limitaciones.
REFERENCIAS
1.
“Estudio de Acceso de la Interconexión SADI – SIP.” Etapa 1. UNP. Mayo 2001.
ESIN
FIGURAS
ESIN
ESIN
ESIN
ESIN
ESIN
ESIN
ESIN
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ESIN
ESIN
ESIN
ESIN
ESIN
ESIN
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ESIN
ESIN
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