Transitorios Electromecanicos en Sistemas Electricos de Potencia

PROCESOS TRANSITORIOS EN SISTEMAS ELECTRICOS DE POTENCIA Se conoce como Proceso Transitorio a toda variación que posean los parámetros eléctricos de un Sistema Eléctrico que los alejen de sus valores normales establecidos, aunque luego pueda o no regresar a este valor o a uno cercano al mismo. Durante el funcionamiento normal de los sistemas eléctricos, los parámetros eléctricos; eléctricos; tales como: tensiones, corrientes, potencias, frecuencias, etc., varían constantemente, pero las desviaciones que estos presentan con respecto a un valor establecido son lo suficientemente pequeñas pequeñas como para considerarlos como magnitudes constantes. Fenómenos que provocan procesos transitorios (causas) 





Sobretensiones temporales; estas pueden ser causadas por fallas, condiciones de conmutación, condiciones de resonancia y no linealidades. Sobretensiones Sobretensiones frontales frontales lentas; lentas; son causadas por energizaciones energizaciones de línea línea y desenergizaciones, fallos, conmutación de elementos capacitivos / inductivos (por ejemplo, cables y derivación Reactores) o rayos distantes. Sobretensiones Sobretens iones frontales fronta les rápidas; se asocian principalment principalmente e con los golpes de rayo y se caracterizan por la onda de impulso de rayo estándar.

Muchas veces los estudios de los fenómenos transitorios incluyen las partes mecánicas de los elementos del sistema (rotores de las máquinas) y a estos procesos se les denominan Procesos Transitorios Electromecánicos. Electromecánicos. En ocasiones cuando las fallas no son muy severas y las variaciones en los parámetros mecánicos son despreciables, los análisis solo incluyen componentes eléctricos y magnéticos por lo que a estos fenómenos se les conoce como Procesos Transitorios Electromagnéticos. Formulación matemática de los transitorios en circuitos eléctricos. La formulación matemática de cualquier problema de transitorios comienza con el establecimiento de las ecuaciones diferenciales que describen el comportamiento del sistema que se va estudiar. A continuación se muestra un circuito compuesto por una fuente ideal de tensión constante V, una resistencia R y una bobina L. Todo ello conectado en serie formando una mala única, según muestra la f igura 2.1.

Fig. 1.1 Circuito serie RL con fuente DC .

Fig. 1.2 Circuito serie RL con fuente AC.

 A continuación de la Fig. 1.1 se analizara analizara el periodo periodo transitorio que se produce tras el el cierre del interruptor de la posición de conmutación 0 a la 1. La ecuación diferencial se obtiene mediante la aplicación de la Ley de Kirchhoff de la tensión de la malla cerrada.

() → ( () +  ∗  =     =  () + () =  ∗ (() +  (    

(1.1)

 A continuación se verá la situación que se produce al conmutar el interruptor de la Fig. 1.1 desde la posición 1 a la 2. En este caso las condiciones del nuevo circuito cambian a ser las condiciones estacionarias. Esta acción es conocida como respuesta a entrada cero, se reduce el circuito a una malla con dos elementos pasivos sin ninguna fuente de tensión, entonces la solución de la ecuación diferencial (1.1) es:

() =  ∗

;

Donde

 =  

(1.2)

 Al graficar la ecuación (1.2), podemos darnos cuenta que su valor inicial es V/R y que posteriormente tiende a cero de forma asintótica y que transcurrido un periodo de t = Ƭ ∗Ƭ su valor es 0.007*V/R que se lo puede la intensidad vale 0.368*V/R y para considerar como cero.

=5

Fig. 1.3 Grafica de la intensidad de corriente.

 A continuación se simulara una operación de apertura y cierre del interruptor la iniciación de una falla en una red y su repuesta en el tiempo, considerando un circuito RL con una fuente de voltaje alterna como se muestra en la f ig. 1.2. Donde la ecuación característica del periodo transitorio es:

() +  ∗  =  ∗ ( ∗  + )    =  () + () = ∗() +  () →    

(1.3)

Por lo tanto la solución completa de la intensidad de corriente es:

−∗   () =  ∗ [(  ) ∗   +(∗ +   )] 

Fig. 1.4 Grafica de la intensidad de corriente para el circuito de C.A.

(1.4)

 Analizando la gráfica 1.4 se observa que tras el cierre del interruptor aparece un pico de intensidad de corriente mayor que el valor máximo de régimen estacionario y además una componente continua por la asimetría de la función al inicio. Esta grafica muestra la descripción de la respuesta de intensidad de corriente durante una falla. En la operación normal de un sistema por lo general se procede a dar recierrres automáticos de los interruptores por lo que se debe realizar el análisis anterior para poder limitar la intensidad la intensidad de corriente y obtener las protecciones adecuadas de los equipos instalados debido a que algunas veces el valor pico instantáneo de corriente puede llegar a ser muy grande.