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7/25/2019 ALTAE.pptx

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Congreso sobreAlta Tensin y Aislamiento El

ALTAE 2015

Modelado de Devanados de TransormadoTransitorios

Electromagnticos "#!idos$

Autores: Zaid Luna, Fermn P. Espino, Pablo G

Oc


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#ntroduccin

Transitorios en los %E&'s

Cambio en las condiciones de lared

(rigen e)terno

Transitorio electromagntico

M#)imos es*er+os

Corrientes e)cesivas

%obretensiones

Dise,o y !laneacin de lossistemas elctricos

2


3/33

#ntroduccin

Desarrollo de modelos de !ro!sito

es!eci-co .at*rale+a oscilatoria

/na de las clasi-caciones masace!tadas

C"E y EC

Des!*s de las lneas de

transmisin3 los transormadoresson los e4*i!os del sistemaelctrico de !otencia 4*e est#nm#s e)!*estos a transitorioselectromagnticos

r*!

o

ntervalo de

rec*encias

Caractersticas del

enmeno

01 6+ 7

896+

(scilaciones deba:a

rec*encia

50=>0 7 2096+

?rente deonda

lento

10 96+ 78M6+

?rente deonda

r#!ido

@100 96+ 50M6+

?rente deonda m*y

r#!ido

$


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#ntroduccin

Los transormadores est#n s*:etos asobretensiones transitorias de dierentesmagnit*des3 ormas y com!onentes de

rec*encia3 como el res*ltado de descargasatmosricas o la interaccin con el sistema

En el caso de sobretensiones con rentes deonda r#!idos y m*y r#!idos3 en con:*nto conresonancias internas3 !*eden da,ar elaislamiento entre v*eltas La severidad de este!roceso3 de!ende de diversos actores3 como larec*encia de la onda incidente3 el ti!o de

transormador y la con-g*racin del sistema Des!*s de 4*e la onda incidente im!acta en las

terminales del transormador3 la distrib*cin detensin se divide en tres eta!as;

Ba Distrib*cin inicial

Bb Distrib*cin transitoria

Bc Distrib*cin -nal

10 20 30 40 50

20

40

60

80

100

120

140

Potencial[%]

Longitud del d

b)

c)

a)

Distrib*cin d

%


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#ntroduccin

&istribucin transitoria

Periodo caracterizado por oscilacionesde tensin

Las sobretensiones mas 'randes selocalizan en las primeras secciones delde(anado

&i)erencia de potencial

Es)uerzos el*ctricos Aislamiento interno

La )orma com+n de lle(ar a cabo estetipo de estudios es aplicar al de(anado)ormas de onda normalizadas.

"


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#ntroduccin

El diseo del sistema de aislamiento es uno de los aspectos m-s especialmente en trans)ormadores de potencia, a /ue sus caradimensiones pueden tener un 'ran impacto en el diseo 'eneral.

Para una correcta seleccin dimensionamiento del sistema diel*cemplearse modelos 0erramientas de simulacin en la etapa dedeterminar la distribucin de tensin a lo lar'o del de(anado es)uerzos el*ctricos internos.

La )ormulacin de modelos para an-lisis de transitorios trans)ormadores puede estar basada en mediciones a tensin

prototipos. 1in embar'o, la )orma m-s aceptable econmicamenuna representacin matem-tica o circuital /ue responda de pr3ima al componente /ue representa cuando se le aplica una einter*s.

El desarrollo de modelos 4unto con el uso de 0erramientas de cmpue(aluar una amplia 'ama de diseos en un tiempo relati(amente cor

5


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6odelos de de(anado de trans)ormador

7epresentaciones de las comple4as interaccioneselectroma'n*ticas /ue e3isten dentro del de(anado.

En el caso de transitorios r-pidos, se re/uiere representar alde(anado en t*rminos de circuitos e/ui(alentes /ue permitanreproducir los )enmenos de propa'acin.

8ircuitos e/ui(alentes

8apacitancias

#nductancias

8omponentes de P*rdidas

6odelos internos

Grado de so9sticacin

8ada (uelta

Circ*ito e4*ivalente del devtransormador


8/33


;


9/33


6odelo de par-metros concentrados

8one3in en escalera de circuitos e/ui(alentes

=


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6odelos de par-metros distribuidos

Lnea de transmisin

Lnea de transmisin multiconductora

Ecuaciones del tele'ra9sta

&ominio de la Frecuencia

!


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Forma desacoplada

An-lisis modal

>?@1

!!


12/33


Alternati(a zi'za'

7educcin directa de la matriz de admitancia

Biempo de computo Errores por insercin de 'ran cantidad de elementos

!2


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8-lculo de par-metros

La !ro!agacin de !*lsos r#!idosde!ende;

E)citacin

&ro!iedades constit*tivas

eometra de los devanados

C#lc*lo de !ar#metros

Mediciones

?orm*las analticas sim!li-cadas

%im*lacin de Cam!osElectromagnticos

Modelos internos

normacin detallada de constr*ccin

Devanado

!$


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8-lculo de capacitancia

&ebido a las dimensiones

Formula de placas paralelas

8apacitancia

8apacitancia

8apacitancia

"e!resentacin de dos discos del devanado de *n transormad!%


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La capacitancia es un )enmeno tridimensional

?uenas apro3imaciones con 'eometras en 2&

&isposicin de los conductores dentro de la (entana

%im!li-cacin geomtrica!"


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6*todo del elemento 9nito

6odulo electrost-tico

La matriz de capacitancia se determina con)orme se propa'a el pulso de(anado

8ontinuidad de las (ueltas cone3in entre los discos

&isco !

&isco 2

&isco $

@*eltas y cone)in entre discos

!5


17/33


Ca!acitancia m

10 del devan

6*todo de la ener'a

Ca!acitancia !ro!ia

r#-cas de contorno de !otencial elctrico y lneas de cam!o elc!


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8alculo de la inductancia

6*todo de la ener'a

nd*ctancia !ro!ia y m*t*a

!;


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@no de los )enmenos m-scomple4os de modelar es la

interaccin del Cu4o ma'n*ticoentre las di)erentes secciones delde(anado el n+cleo de 0ierro.

Alternati(a para el calculo de lamatriz de inductancia:

6atriz de capacitancia

Delocidad de la luz

Permiti(idad relati(a

&eterminada e3perimentalmente

!=

- -


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Los com!onentes de !rdidas a altas rec*encias !rod*cen!ositivo en el transormador al red*cir la magnit*oscilaciones de tensin

Evitan sobredimensionar el aislamiento

La densidad de corriente cambia con res!ecto a la rec*enc

Las !rdidas de!endientes de la rec*encia se !*eden orma directa en *n modelo de-nido en el mismo dominio

Las !rdidas en el transormador son el res*ltado d*entes3 cada *na de ellas con caractersticas dierentes

2

8-l l d -


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P*rdidas en los conductores

E)ecto piel sin

#nductancia interna

2!

8-l l d - t


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Formulacin analtica /ue considera e)ecto piel e)ecto de pro3im

Formulacin analtica perdidas en el diel*ctrico

22

8 i l d i i d l ti


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8omparaciones en el dominio del tiempo

Mediciones e)!erimentales

Escaln *nitario

>0 ns y 8*s de anc


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Las sobretensiones mas 'randes se localizan al principio del de(an

1e mide la tensin en las primeras " (ueltas

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

x 10-6

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

Tiempo [s]

Tensin[

V]

Excitacion

Vuelta 41

Vuelta 81

Vuelta 121

Vuelta 141

Vuelta 201

Tensiones medidas en dierentes v*eltas2%



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Com!aracin de mediciones

2"

An-lisis en la )recuencia


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An-lisis en la )recuencia

@no de los maores retos para apro3imar el comportamiede(anados sometidos a transitorios de alta )recuencia, es la correcta de sus par-metros el*ctricos, ma'n*ticos la

dependientes de la )recuencia. Para comprobar la (alidez de los criterios suposiciones utiliza

c-lculo de par-metros, se realizaron mediciones en el dom)recuencia empleando un analizador de redes con la 9nalidad dadmitancia de entrada del de(anado.

7ealizar mediciones terminales en altas )recuencias es complicadla impedancia de las sondas a la di9cultad de colocarlas en inter*s.

25

6ediciones en la )recuencia


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Para 'arantizar la reproducibilidadde las mediciones, el principio el9nal del de(anado son adaptados aun conector coa3ial tipo H de " I ,el cual es conectado a un solopuerto del dispositi(o a tra(*s deun cable coa3ial de $ cm de

lon'itud e impedancia caractersticade " I.

Con-g*racin e)!erimentaen el dominio de la

2



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En alta )recuencia, los conectores los cables pueden tenerinCuencia si'ni9cati(a para

realizar las mediciones. Aun/ue el conector el cable son

de alto rendimiento en la)recuencia en el orden de GJz sus impedancias son compatiblescon el puerto de medicin delanalizador de redes, el proceso de

calibracin se realiza al 9nal delcable con el propsito deconsiderar sus p*rdidasdependientes de la )recuencia.

105

106

10-5

10-4

10-3

10-2

Frecuencia [Hz]

Admitancia[S]

105

106

-50

0

50

100

Frecuencia [Hz]

Angulo

[]

"es*ltados de las mediciones consider

2;



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@tilizando reduccin de Kron seconstrue un e/ui(alente de red de laadmitancia de entrada del de(anado,para este propsito, el al'oritmo dereduccin solo conser(a la primera(uelta.

@n )actor mu importante es considerarlas p*rdidas dependientes de la)recuencia, las cuales, son esencialespara eliminar las oscilaciones /ue no)orman parte del comportamiento deldispositi(o )sico. En la )recuencia,estas p*rdidas se (en reCe4adas en laeliminacin de resonancias en laatenuacin de otras.

105

106

10-5

100

Frecuencia [Hz

Admitan

cia[S]

Con prdidas

Sin prdidas

105

106

-100

-50

0

50

100

Frecuencia [Hz

Angulo[]

Magnit*d y ase de la admdel modelo3 con y s

2=



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El e/ui(alente se )orma con el modelo de par-metros distribuidos.

Admitancia e4*ivalente Medicin$

106

10-4

10-2

Frecuencia [Hz]

Adm

itancia

[S]

Medicin

Calculada

105

106

-50

0

50

100

Frecuencia [Hz]

Angulo

[]

8onclusiones


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8onclusiones

La matriz de capacitancias del de(anado e3perimental calculadadel 6EF para una 'eometra simpli9cada en 2& permite reposcilaciones de tensin..

El c-lculo de la matriz de inductancia a tra(*s de la in(ersa de lcapacitancias representa una buena apro3imacin.

1e comprueba /ue la trans)ormada num*rica de Laplace in(ersuna 0erramienta r-pida precisa para trans)ormar al dominio detensiones calculadas por los modelos )ormulados en el dom)recuencia.

La alternati(a a la cone3in zi'za' en el modelo proporciona resultados.

$!

8onclusiones


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8onclusiones

Las p*rdidas por e)ecto piel sin pro3imidad son incluidaapro3imaciones analticas de )orma directa en los modelos en el

la )recuencia Las maores di)erencias se localizan en la 'r-9ca de )ases en un i

)recuencias de ! Jz a $ Jz, lo cual puede estar relacioninCuencia del n+cleo a consecuencia de la penetracin de Cu4o macomo a las p*rdidas en el mismo el an-lisis de este )enmeno /del alcance de este traba4o.

Por otro lado, en altas )recuencias en el orden de m-s de $ los (alores tanto en ma'nitud como )ase son similares.

$2


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Gracias por suatencin

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