Modelo SLF

En SLF la ocurrencia de una fala sobre la OHTL relativamente cerca al CB está caracterizado por la oscilación TRV desde el lado de la línea. En el período transisional en el primer pico, el cual dura varios µs, hay un peligro de ocurrencia de desintegración térmica en el CB SF6. La información acerca del TRV que un CB es esperado encontrar en servicio es de gran importancia en el diseño y en la operación. La RRRV es una función de la impedancia característica de la línea y es más alta que la experimentada con TRVs oscilatorio o exponencial. Sin embargo el pico TRV es generalmente más bajo. Debido a los parámetros distribuidos (R, L, C y B), la tensión lado línea oscila en la forma de onda viajera con reflexiones positiva y negativa en el CB abierto y la ubicación de la falla, respectivamente.

La Fig. 1 muestra la componente TRV lado línea (UCD), el cual tiene una forma de onda-de-sierra (STS: saw-tooth shape) y la tensión de recuperación sobre el lado de la fuente (UBD) que se eleva mucho más lentamente. Solamente el TRV lado línea es importante. La falla más cercana al CB, más alto el RRRV lado línea debido a la corriente de falla más alta, mientras que la magnitud de la cresta STS decrece debido al tiempo más corto necesario para el retorno de la onda reflejada. La amplitud y el RRRV del SLF está determinada sobre sobre una base monofásica durante menos de 20 µs, cuando la tensión lado fuente cambia sólo ligeramente.

Fig. 1 Forma de onda TRV para SLF (UBD-tensión lado fuente; UCD-tensión lado línea)

Modelo de la Resistencia del Arco Eléctrico (EARM)

El modelo de la resistencia del arco en un CB SF6 tiene un impacto significante sobre el TRV.

La Fig. 1 muestra la caja negra (Electric arc model) del ATPdraw que modela una descripción matemática del comportamiento eléctrico del EARM (no da la representación plena del proceso físico tomando lugar dentro del CB). Los trazados registrados de tensión y corriente durante el “período térmico” son usados para obtener los parámetros del CB que son más tarde sustituidos en ecuaciones diferenciales.

 

a)

b)

Fig. 1 Modelo trifásico para cálculo TRV de SLF de acuerdo a la IEC

La ecuación Cassie-Mayr (CME) es usada así como las modificaciones del modelo Schwarz-Avdonin de la siguiente ecuación:

El cálculo de la conductancia del arco (g) requiere datos sobre la potencia de enfriamiento P(g) y la constante de tiempo térmica T(g), que dependen de la conductancia, temperatura y tipo y diseño del CB. Se definen como:

Donde los exponentes están dados en la Fig. 1. La ecuación de arco CME puede ser resuelta si un intervalo de tiempo suficientemente pequeño (Δt) puede ser observado en el cual P y T son constantes. La ecuación diferencial CME puede ser resuelta numéricamente con el método de EULER para ecuación diferencial de primer orden siguiente:

Dependiendo de la diferencia entre entrada (potencia) y energía térmica de enfriamiento (pérdidas de potencia), la temperatura de arco (y conductividad) está siendo incrementada o disminuída.

El circuito de prueba de la Fig. 1 emplea como primer paso resolver la ecuación anterior para encontrar solución a las ecuaciones del circuito (en EMTP) con el valor de conductancia inicial go=g(to). La solución de esta ecuación da el valor para la corriente i(to).

Los valores iniciales de P(go) y T(go) son también calculados para el valor de la conductancia inicial. Fue asumido el bajo valor inicial de la Rarc en el paso de tiempo to y la conductancia del próximo paso de tiempo fue calculado de la ecuación anterior en sección MODEL del ATPdraw. El valor de salida de la sección MODEL es la resistencia y esta es usada como un valor de entrada para la componente de resistencia no-lineal R(TACS) de tipo 91. Un paso de tiempo en ATPdraw tiene que ser fijado y en algunos casos la selección de un paso de tiempo pequeño conduce a problemas numéricos y puede prolongar el tiempo de computación.

 

Fig. 1 Circuito de prueba y parámetros del modelo de arco: Po=4 MW, To=1.5 µs, α=0.17 y ß=0.68

La calculada corriente de arco post cero y el valor pico de la tensión de arco fueron comparados para tres modelos diferentes de la Fig. 1.

a) b)

c) d)

Fig. 1 a) Calculada corriente post arco Imax=0.35 A; b) Corriente post arco-comparación con modelos de referencia; c) Calculada tensión de arco

Umax=3.442 kV; d) Tensión de arco-comparación con modelos de referencia.

Modelo de Subestación y Línea de Transmisión

El modelo de reactores de alta frecuencia HFR que están instalados en las dos fases (A y B) es ilustrado en la Fig. 1.

a)

b)

c)

Fig. 1 Modelo de reactor de alta frecuencia (HFR)

El CVT (transformador de tensión capacitivo) en la bahía de la línea compensa el HFR usado para comunicación.

Sobre el lado de la línea del CB siguiendo los dispositivos fueron modelados con sus capacitancias extraviadas: CT (680 pF); CVT (4400 pF); transformador de tensión inductivo (550 pF); y seccionador (200 pF).

Sobre el lado fuente del CB el sistema principal de barras fue modelada con modelo LCC-JMarti, y post aisladores con capacitancias a tierra.

El circuito equivalente el cual consiste de dos bahías de línea y dos bahías de transformadores, fueron representadas por una fuente de tensión y una impedancia de corto-circuito.

Cálculo de SLF de acuerdo a la IEC

Un CB de 400 kV con corriente de corte de corto-circuito de 40 kA RMS debe ser capaz para interrumpir la corriente de corto-circuito de 36 kA RMS (90%) en el ciclo L90 (90% de la RSCBC—corriente nominal de corte de la corriente de corto-circuito) si sujeta al TRV, con la RRRV de 7.2 kV/µs, que puede ser calculada usando las expresiones analíticas. La SCC de 40 kA en la subestación fue determinada ajustando el circuito equivalente sobre el lado de la fuente del CB. Los cálculos de SCC fueron ejecutados a diferentes distancias desde la SE de tal manera de determinar el RRRV a la corriente de 36 kA.

La “distancia crítica” de la ubicación de la falla desde la SE en el ciclo L90 fue usado para la prueba de capacidad de interrupción del CB. La ubicación de la falla al cual el RRRV es el más alto fue determinado usando simulaciones ATPdraw. Fueron ejecutadas 12 simulaciones de SLF monofásica en la fase A a varias distancias desde la SE.

La SCC ocurre en el instante de tiempo t=0 s, cuando la tensión en la fase A tiene el valor máximo.

Fig. 1 Procedimieto de prueba para transformadores de tres devanados