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FACULTAD DE INGENIERÍA DEPTO. INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA

“APLICACIÓN DIDÁCTICA DEL SOFTWARE ETAP, PARA LA SOLUCIÓN DE SISTEMAS ELÉCTRICOS DE POTENCIA”

AUTORES:

MIGUEL KATNY AGUILAR RODRIGO ESTRADA MELO

SEMINARIO PARA OPTAR AL TÍTULO DE

INGENIERO DE EJECUCIÓN EN ELÉCTRICIDAD.

CONCEPCIÓN – CHILE 2012

FACULTAD DE INGENIERÍA DEPTO. INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA

“APLICACIÓN DIDÁCTICA DEL SOFTWARE ETAP, PARA LA SOLUCIÓN DE PROBLEMAS ELÉCTRICOS DE POTENCIA”

AUTORES:

MIGUEL KATNY AGUILAR RODRIGO ESTRADA MELO

FABRICIO IVÁN SALGADO DÍAZ, JUAN CARLOS DELGADO NAVARRO.

LUIS ALEJANDRO MUÑOZ SÁEZ.

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Índice Resumen ........................................................................................................................................ 7 Introducción................................................................................................................................... 9 Capítulo I ..................................................................................................................................... 10 Características generales del software ETAP ................................................................................ 10 I.1. ¿Qué es ETAP? .................................................................................................................. 10 I.2. Especificaciones técnicas del software ETAP ..................................................................... 13 I.2.1. Características sobresalientes de ETAP. ....................................................................... 13 I.2.2. Características del modelado en ETAP ........................................................................ 14 I.2.3. Características del Análisis de Flujo de Carga. ............................................................. 15 I.2.4. Características del Análisis de Cortocircuito. ............................................................... 15 I.2.5. Características de la Coordinación de Dispositivos de Protección. ................................ 16 I.2.6. Estudio de Arc Flash IEEE 1584.................................................................................. 17 I.3. Estructura de la Base de Datos. .......................................................................................... 17 I.3.1. Sistema ODBC (Open DataBase Connectivity). ........................................................... 17 I.3.2. Estructura del Archivo. ................................................................................................ 18 I.3.3. Modificación de la base de datos de ETAP .................................................................. 19 I.4. Librerías. ........................................................................................................................... 21 I.5. Botón de AYUDA de ETAP............................................................................................... 22 I.6. Copia de seguridad automática de Proyectos de ETAP. ...................................................... 26 I.6.1. Copia de seguridad durante la conversión desde una versión anterior de ETAP. ........... 26 I.6.2. Copia de seguridad durante la apertura de un proyecto. ................................................ 27 I.6.3. Copia de seguridad durante el guardado de un proyecto. .............................................. 28 Capítulo II ................................................................................................................................... 30 Introducción al manejo del Software ETAP 7.0.0 ......................................................................... 30 II.1. Introducción al manejo básico del Software ETAP 7.0.0. .................................................. 30 II.2. Ejecución del Software ETAP 7.0.0. ................................................................................. 31 II.3. Creación de Cuenta de Usuario y Nuevo Proyecto. ............................................................ 31 II.4. Descripción de la pantalla principal y barras de tareas. ...................................................... 33 II.4.1. Ventana de modo de edición....................................................................................... 34 II.4.2. Editor de proyecto. ..................................................................................................... 35 II.4.3. Barras de elementos AC-DC e instrumentos de medición. .......................................... 36 3

II.4.4. Barra de Herramientas de Sistema. ............................................................................. 39 II.4.5. Barra de Selección de Análisis. .................................................................................. 40 II.4.6. Barra de Menú. .......................................................................................................... 41 II.4.7. Barra de herramientas de proyecto. ............................................................................. 42 II.4.8. Barra de Selección de Revisión de Proyecto. .............................................................. 43 II.4.9. Barra de Selección de Presentación. ........................................................................... 44 II.4.10. Barra de Selección de Estado de Configuración. ....................................................... 44 II.5. Creación de un Diagrama Unilineal Básico. ...................................................................... 46 II.5.1. Creación de una nueva presentación. .......................................................................... 46 II.5.2. Adición de nuevos elementos a la pantalla activa (OLV). ........................................... 47 II.5.3. Seleccionar y deseleccionar de elementos en la pantalla activa (OLV). ....................... 48 II.5.4. Interconexión de elementos en la pantalla activa (OLV). ............................................ 49 II.5.5. Cortar, copiar y pegar elementos en la pantalla activa (OLV)...................................... 50 II.5.6. Rotación y orientación de elementos en la pantalla activa (OLV). ............................... 51 II.5.7. Descripción de elementos AC, DC y Elementos de Medición. .................................... 52 II.6. Análisis de los Informes de Salida. .................................................................................... 82 II.6.1. Acceso a Reporte de Salida desde la barra “Caso de Estudio”. .................................... 82 II.6.2. Administrador de Informes. ........................................................................................ 83 Capítulo III .................................................................................................................................. 88 Análisis de flujo de carga en ETAP .............................................................................................. 88 III.1 Introducción al Análisis Flujo de Carga en sistemas de potencia. ...................................... 88 III.2. Pasos para configurar el Análisis de Flujo de Carga. ........................................................ 88 III.2.1. Load Flow Study Case (Casos de Estudio de Flujo de Carga). ................................... 92 III.2.2. Display Options (Ventana de Opciones). ..................................................................100 III.3 Métodos de Cálculo ........................................................................................................ 106 III.4. Creación de un modelo de prueba. ................................................................................. 109 III.4.1 Datos necesarios para los componentes del sistema. ..................................................109 III.4.2. Construcción del modelo de análisis del flujo de carga. ............................................111 III.5. Análisis de resultados del Flujo de Carga. ...................................................................... 114 III.6. Director de Reporte. ...................................................................................................... 120 Capítulo IV ................................................................................................................................ 124 Análisis de Cortocircuito con ETAP ........................................................................................... 124 IV.1. Introducción al Análisis de Cortocircuito en Sistemas de Potencia. ................................ 124 4

IV.2. Configuración básica de un estudio de Cortocircuito en ETAP ....................................... 125 IV.2.1. Descripción de la Barra de Herramientas según estándar ANSI/IEEE. ......................127 IV.2.2. Descripción de la Barra de Herramientas según estándar IEC. ..................................129 IV.3. Editor General de Caso de Estudio................................................................................. 131 IV.4. Ventana de Caso de Estudio de Cortocircuito................................................................. 133 IV.4.1. Pestaña de información (Info). .................................................................................133 IV.4.2. Pestaña de “Estandar” (Standard). ............................................................................135 IV.4.3. Pestaña de Ajuste (Adjustment). ..............................................................................138 IV.4.4. Pestaña de Alerta (Alert). .........................................................................................139 IV.5. Métodos de Cálculo de Cortocircuito de ETAP .............................................................. 140 IV.5.1. Metodología de cálculo según Normativa ANSI/IEEE. ............................................140 IV.5.2. Metodología de cálculo según Normativa IEC. ........................................................144 IV.6. Creación de un modelo de prueba. ................................................................................. 147 IV.6.1. Datos necesarios para los elementos del sistema a ensayar. ......................................147 IV.6.2. Construcción del Modelo de Análisis de Cortocircuito. ............................................149 IV.6.3. Análisis de los resultados obtenidos. ........................................................................152 Capítulo V ................................................................................................................................. 156 Análisis de Arc Flash de ETAP .................................................................................................. 156 V.1 Introducción al Análisis de Arc Flash en Sistemas de Potencia. ........................................ 156 V.2. Pasos para configurar el análisis de Arc Flash. ................................................................ 157 V.2.1. Arc Flash Page (Pagina de Arco Eléctrico) en el Editor de Barra. ..............................157 V.2.2. Arc Flash Page (Página de Arco Eléctrico) en el Estudio de Caso de Corto Circuito. .160 V.2.3. Display Options (Ventana de Opciones). ...................................................................164 V.3. Calculation Methodology (Metodología de Cálculo). ...................................................... 166 V.4. Creación de un modelo de prueba. .................................................................................. 170 V.4.1 Datos necesarios para los componentes del sistema. ...................................................170 V.4.2. Construcción del modelo de análisis de Arc Flash. ....................................................171 V.5. Análisis de resultados de Arc Flash. ................................................................................ 172 V.5.1. Resultados en el Diagrama. .......................................................................................172 V.5.2. Director de Reporte. ..................................................................................................173 V.5.3. Plantillas. ..................................................................................................................175 Capítulo VI ................................................................................................................................ 177

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Coordinación de Protecciones con ETAP .................................................................................. 177 VI.1. Introducción a la Coordinación de Protecciones en Sistemas de Potencia. ...................... 177 VI.2. Descripción de la barra de herramientas de la coordinación de protecciones en ETAP . .. 178 VI.3. Configuración del Editor de Caso de Estudio (Star Mode Study Case). .......................... 181 VI.3.1. Pestaña de Información (Info). .................................................................................182 VI.3.2. Pestaña de Estándar (Standard). ...............................................................................184 VI.3.3. Pestaña de Secuencia de Operación (Secuence of Operation). ..................................187 VI.3.4. Pestaña de Ajustes (Adjustment). .............................................................................188 VI.4. Métodos de Cálculo para la Secuencia de Operación. ..................................................... 190 VI.5. Creación de un modelo de prueba. ................................................................................. 193 VI.5.1. Datos necesarios para los componentes del sistema. .................................................193 VI.5.2. Visualización de curva Tiempo – Corriente. .............................................................195 VI.5.3. Modelo de prueba para estudio de coordinación. ......................................................202 Comentarios y Conclusiones. ..................................................................................................... 208 Bibliografía................................................................................................................................ 209

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Resumen En el presente informe de seminario se detalla el procedimiento teórico y práctico para el análisis de diferentes estudios en el sistema eléctrico, los cuales son: Análisis de Cortocircuito, análisis de Flujo de Carga, análisis de Coordinación de Protecciones y estudio de Arc Flash. En el capítulo I se describen las características generales del programa, en donde se detalla en qué consiste el programa ETAP, las especificaciones técnicas del software, la estructura de su base de datos, sus librerías, el botón de ayuda del programa y como se crean copias de seguridad automáticas de los Proyectos. En el capítulo II se realiza una introducción al manejo del software, su ejecución, como crear una cuenta de usuario y un nuevo proyecto, además se describe la pantalla principal y las barras de tareas, finalmente se crea un diagrama unilineal básico y se analizan sus informes de salida. En el capítulo III se revisa la opción de Análisis de Flujo de Carga del programa, el cual consta de una introducción a dicho análisis en sistemas de potencia, los pasos para configurar el Análisis de Flujo de Carga, los métodos de cálculo, y finalmente se crea un modelo de prueba donde se análisis de los resultados y los informes de salida. En el capítulo IV se revisa la opción de Análisis de Cortocircuito del programa, el cual contiene una introducción al Análisis de Cortocircuito en sistemas de potencia, la configuración básica de este estudio en ETAP, un editor general de casos de estudio, una ventana de caso de Estudio de Cortocircuito, los métodos de cálculo de cortocircuito, y la creación de un modelos de prueba. En el capitulo V se revisa la opción de Análisis de Arc Flash del programa, el cual consta de una introducción al Análisis de Arc Flash en sistemas de potencia, los pasos para configurar el análisis de Arc Flash, la metodología de cálculo, la creación de un modelo de prueba, y para finaliza un análisis de resultados.

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En el capítulo VI se revisa la opción de Coordinación de Protecciones del programa, el cual consta de una introducción a la Coordinación en sistemas de potencia, una descripción de la barra de herramientas de la Coordinación de Protecciones, la configuración del editor de caso de estudio, los métodos de cálculo para la secuencia de operación, y además la creación de un modelo de prueba.

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Introducción Demás está decir que el desarrollo tecnológico en el último tiempo ha experimentado un avance significativo, que va de la mano con el desarrollo de programas cada vez más especializados y sencillos de utilizar para el manejo de situaciones y eventuales problemas que puedan aparecer en el escenario industrial. ETAP es un programa que cumple con dichas características, dado que su enfoque radica en desempeñar una experiencia de manejo sencilla y comprensible para todo tipo de usuarios, sin dejar de lado la idea de que ETAP es un software diseñado por y para ingenieros, especialmente para aquellos que están vinculados a la industria eléctrica. ETAP proporciona herramientas fundamentales en el desarrollo de estudios de diferentes actividades del tipo industrial, siendo una de las más importantes, su capacidad de desarrollar seguimientos y análisis en tiempo real de un sistema eléctrico. Esta capacidad lo hace una herramienta esencial en la actualidad, sin dejar de lado el enorme potencial del que dispone, y cuyas características se discuten en el presente informe, intentando entregar de manera clara y lo más breve posible la base de su funcionamiento para comprender su funcionamiento práctico. Como se menciona anteriormente ETAP es un software diseñado por y para ingenieros cuya versatilidad lo hace una herramienta fundamental para el desarrollo de la profesión en el manejo de situaciones que requieren de soluciones muchas veces urgentes y prácticas. Su capacidad de análisis y simpleza de su manejo lo ponen en la vanguardia de los estudios en sistemas eléctricos de potencia.

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Capítulo I Características generales del software ETAP I.1. ¿Qué es ETAP? ETAP es una herramienta de análisis y control para el diseño, simulación y operación de sistemas de potencia eléctricos de generación, distribución y escenarios industriales. Es una herramienta integrada que ha sido diseñada y desarrollada por ingenieros para ingenieros que se desempeñen en las diversas disciplinas de los sistemas de potencia.

ETAP está equipado con un completo sistema de análisis para diferentes y variados módulos tales como:  Redes AC – DC.  Redes de tierra.  Análisis y coordinación de protecciones.  Estudio de cortocircuito.  Estudio de cortocircuito DC.  Estudio de flujo de carga.  Estudio de flujo de carga DC.  Estudio de flujo de carga óptimo.  Estudio de flujo de carga desbalanceada.  Estudio de riesgo de arco eléctrico (Arc Flash).  Estabilidad transiente.  Estudio de partida de motores.  Análisis de aceleración de motores.  Análisis de armónicos.  Análisis de puesta en marcha de generadores, entre otros.

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ETAP ha sido diseñado para satisfacer las diferentes disciplinas de los sistemas eléctricos en una gran gama de escenarios industriales, integrando en un solo programa una variedad amplia de posibilidades, por tal motivo, ETAP requiere de un manejo previo y conocimiento mínimo en los temas relacionados al manejo de software. Sin embargo, ETAP en sí, no requiere de un entrenamiento previo para su manejo básico. Cabe señalar que si el usuario crea y diseña un sistema de prueba en un determinado idioma, y lo guarda para su posterior uso, podría encontrar problemas al ejecutar el modelo en un idioma diferente al idioma en el que fue creado. ETAP permite la creación y edición de manera muy sencilla de modelos de prueba unilineales como el que se muestra en la figura I.1. Por mencionar algunos como: sistemas de canalización subterránea, visualización en 3 dimensiones de sistemas de conductores, selectividad y coordinación en tiempo real de protecciones, información geográfica de sistemas esquemáticos y visualización tridimensional de sistemas de puesta a tierra.

Figura I.1: Ejemplo de modelo unilineal básico.

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ETAP emula el funcionamiento de los sistemas reales de manera muy cercana como por ejemplo: al abrir y cerrar un interruptor, al cambiar los parámetros de funcionamiento de un motor o colocar un elemento del circuito fuera de servicio. Estas acciones, ETAP las identifica de distinta manera y los efectos concretos que ocurrirían son emulados efectivamente, tal como ocurriría en la vida real. Integración Total de Datos. Una de las mayores ventajas que posee ETAP, radica en que incorpora parámetros en una sola base de datos, es decir, si se modela una línea, esta no solo poseerá parámetros eléctricos, sino también, parámetros mecánicos y de enrutamiento, que el programa incorpora en una única base de datos que se puede utilizar para nuevos proyectos sin la necesidad de crear una nueva base de datos según sea el modelo a crear. Simplicidad en la Entrada de Datos. ETAP incorpora y mantiene una detallada base de datos para cada dispositivo o elemento a modelar. La base de datos puede además, acelerar el proceso de ingreso de datos al incorporar editores de parámetros que deben ser configurados de manera lógica para efectuar diferentes tipos de análisis o diseños. Los diagramas unilineales en ETAP son compatibles con una gran gama de posibilidades para configurar esquemas de diversa complejidad, tales como: orientación, tamaño o símbolo según la normativa ANSI o IEC. Esta particularidad hace que ETAP permita al usuario desenvolverse de manera sencilla, sin mayores complicaciones en la confección de un diagrama unilineal que incorpore diferentes elementos.

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Figura I.2: Ejemplo de selección de orientación. ETAP ofrece una variedad de opciones para la visualización de un sistema eléctrico, tales puntos de vista se denominan “presentaciones”. La ubicación, tamaño, orientación, y el símbolo de cada elemento se puede demostrar de manera diferente en cada presentación, permitiendo la posibilidad de identificar un elemento cualquiera del sistema, como “visible” u “oculto” (invisible), dependiendo de la necesidad de una presentación determinada, esto permite que el usuario pueda seleccionar, como s observa en la Figura I.2. Una de las mayores herramientas con las que cuenta ETAP, es la posibilidad de crear una red compuesta dentro de otra red compuesta hasta una profundidad arbitraria, manteniendo un orden visual coherente con el sistema diseñado. Esta particularidad hace posible el diseño de sistemas eléctricos complejos en conformidad a la sencillez de acceso a una determinada red por medio del “mouse”.

I.2. Especificaciones técnicas del software ETAP

I.2.1. Características sobresalientes de ETAP.  Cinco niveles de error de comprobación automática.  Línea de ayuda dinámica y mensajes de error.  Mensaje de registro para controlar en acceso y manejo del programa. 13

 ODBS “Open Data Base Connectivity”. Base de datos de libre uso.  Integra sistemas 1ø, 3ø y redes CC.  Integra diagramas unilineales subterráneos y su canalización.  Integra diagramas unilineales en el modulo de coordinación y selectividad de protecciones.  Base de datos común para todos los módulos de estudio.  Sencillez en la entrada de datos.  Operaciones controladas por el usuario y de guardado automático.  Datos típicos para motores, generadores, excitatrices, transformadores, etc.  Sin límite de medición y protección de las ramas y las cargas.  Conexiones de carga ilimitadas para una barra individual.  Cualquier sistema de frecuencia.  Sistema de unidades ingles y métrico.  Demanda de carga global e individual y factores de diversidad.  Sensibilidad a la temperatura de cables para todos los estudios.

I.2.2. Características del modelado en ETAP  Funcionamiento en realidad virtual.  Integración total de datos (eléctricos, mecánicos, lógicos y atributos físicos).  Sistemas en anillos y radiales.  Número ilimitado de sub-sistemas aislados.  No hay limitación en los sistemas de conexión.  Conexiones de carga múltiple.  Múltiples niveles de anidamiento de los sub-sistemas.  Avanzadas técnicas de solución de matrices dispersas.  Base de datos de transición que reduce el riesgo de pérdida de información en un corte de energía.  Modelado 3ø y 1ø incluyendo paneles y sub-paneles.

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I.2.3. Características del Análisis de Flujo de Carga.  Newton-Raphson desacoplado rápido y Gauss Seidel acelerado.  Nuevo método de doble precisión de Newton-Raphson de inyección de corrientes.  Técnicas de solución avanzadas para la convergencia rápida.  Nueva vista de alerta para señalar violaciones en límites y márgenes.  Alarma de sobrecarga para barras, transformadores y cables.  Factores de diversidad individuales y múltiples para barras.  Factores de demanda individuales para las condiciones de operación continua o intermitente.  Desplazamiento de fase de transformadores.  Compensación de carga reactiva.  Ajuste automático de la configuración de transformadores de corriente y reguladores de tap.  Ajuste de excitación de generadores.

I.2.4. Características del Análisis de Cortocircuito.  Cumplimiento completo de la normativa ANSI/IEEE serie C37.  Cumplimiento completo de la normativa IEC 60056, 60282, 61363, 60781, 60909, 60947.  Normativa IEEE 141 y 399, UL489.  Nuevo modulo de análisis de “Arc Flash” NFPA 70E 2000, para determinación de la energía incidente y barrera de protección de arco ANSI e IEC.  Amplia información de fabricantes de fusibles e interruptores de baja y alta tensión.  Nueva vista de alerta para informar de violaciones en límites críticos y marginales.  Fallas trifásica, línea-línea, línea a tierra y línea-línea-tierra.  Fallas desde ½ ciclo a 30 ciclos incluyendo 2, 3, 5 y 8 interruptores de ciclo.  Interruptor del circuito de generación según estándar IEEE C37.013.  Función de interrupción con retardo de tiempo. 15

 El usuario puede definir el factor “c” para el análisis según estándar IEC.  Modelado completo de puesta a tierra de motores transformadores y generadores.  Comprobación de conexión y desconexión de los dispositivos de protección de sobre corriente.  Ajuste de cables según temperatura.  Fallas en barras seleccionadas por el usuario.  Selección del usuario de reportes de fallas por niveles.  Opción de incluir alimentadores y relés de sobrecarga.  Opción de incluir tensiones de pre-falla (valores fijos o cargar resultados de flujo).  Opción de incluir diferentes métodos X/R y factores “c”.  Posibilidad de considerar las contribuciones de los motores basados en las categorías de carga.

I.2.5. Características de la Coordinación de Dispositivos de Protección.  Secuencia de operación con resaltado de dispositivo.  Ajuste grafico de la configuración del dispositivo.  Amplia biblioteca de dispositivos (verificada y validada).  Mecanismo de coordinación en tiempo real.  Auto-coordinación de dispositivos.  Arrastrar o calcular las diferencias de tiempo.  Relés multi - función (universal).  Cambio automático de la curva de operación.  Secuencia automática de color para el trazado de las curvas.  Amplia información sobre herramientas disponibles.  Informe de configuración de dispositivos.

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I.2.6. Estudio de Arc Flash IEEE 1584.  Estándar IEEE 1584-2002.  Se integra con los módulos de cortocircuito y coordinación de dispositivos de protección.  Calculo 3ø y 1ø de Arc Flash.  Las categorías de análisis se basan en la NFPA o se configuran por el usuario.  Generación automática y personalización de tarjetas de peligro de arco eléctrico.  Resumen de informes de energía incidente.  Fuentes de protección automática de búsqueda de algoritmos de dispositivos.  NFPA 70E-2000, 2004, 2009  Utiliza normativas ANSI e IEC.  Analizador de informe de Arc flash.  Generación de permisos de trabajo.  Generación de hojas de datos.

A demás de las características mencionadas más arriba, ETAP posee muchas más alternativas de estudio como: estudio de flujo de carga óptimo, estabilidad transiente, análisis de cortocircuito DC, etc. Que si bien forman parte de las capacidades del programa, no se analizaran en este informe, pero se invita a las personas a ahondar más con respecto a estas capacidades del programa ETAP o a ser parte de un posterior estudio.

I.3. Estructura de la Base de Datos.

I.3.1. Sistema ODBC (Open DataBase Connectivity).

ETAP posee la particularidad de organizar y acceder a su base de datos con el último estándar de la industria Microsoft ODBC® (Conectividad de base de datos abierta, por su sigla en Ingles). Esto permite que ETAP acceda a cualquier base de datos para que un controlador ODBC® esté disponible. Así los datos se pueden integrar a la base de datos de ETAP mediante un DBMS (DataBase Management System) disponible en el mercado. 17

ODBC ofrece un único sistema de nivel de interfaz para la aplicación de aplicaciones “front-end” (como ETAP), con servicios de “back-end” (como DBMS). ETAP no tiene acceso a las diferentes bases de datos diferentes a través del protocolo activo de cada base de datos o interfaz de aplicación de programas (API). En su lugar, accede a todas las actividades de la base de datos de ETAP a través de OBDC API. Los proveedores de bases de datos como Microsoft®, proporcionan los componentes de ejecución de ODBC (controladores ODBC), lo que permite a ETAP comunicarse con muchas DBMS. El administrador de controladores ODBC, se sitúa entre ETAP y el DBMS, y permite configurar diversas fuentes de datos (bases de datos o descripciones de bases de datos) para ETAP, para permitir el intercambio de datos. Esta configuración proporciona varios beneficios a los usuarios de ETAP, como la posibilidad de trabajar con cualquiera de varias DBMS o con las que ya se esté familiarizado, además se puede utilizar el propio DBMS existente para navegar por la base de datos de un proyecto ETAP.

I.3.2. Estructura del Archivo.

Cuando se crea un Nuevo proyecto ETAP, se construye también una nueva base de datos, que contiene todas las tablas necesarias de ETAP. Además de la actual base de datos construida (DBMS) (por ejemplo, PROJECTNAME.MDB para Microsoft Access), ETAP crea un archivo de control de proyecto llamado PROJECTNAME.OTI. Este proyecto es un archivo OTI-propietario, que contiene información de control del proyecto, incluyendo toda la información del usuario. Además de los dos archivos de bases de datos de Microsoft Access creador por ETAP (PROJECTNAME.MDB y PROJECTNAME.OTI), puede haber otros archivos asociados al proyecto, tales como:  PROJECTNAME.LDB.- Presente solo cuando se utilizan las primeras versiones de Microsoft Access o cuando se abre el proyecto a través de Microsoft Access o ETAP.

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 PROJECTNAME.PSO.- Presente cuando se han colocado los objetos OLE en su proyecto ETAP.  PROJECTNAME.GRD.- Presente cuando un sistema de red de tierra ha sido creado.  PROJECTNAME.CPX.- Presente cuando un sistema para Cables se ha creado.

Un proyecto ETAP puede ser copiado y renombrado fuera de ETAP, y no requiere de una contraseña. Para hacer esto se deben hacer copias de los cuatro archivos (si el proyecto se ha creado): OTI, MDB, LDB, PSO. A continuación, se debe cambiar el nombre de los cuatro archivos con el nuevo nombre. La primera vez que se abre este nuevo proyecto, ETAP actualizará el nombre interno del proyecto a su nuevo nombre. La mejor manera de copiar un archivo de proyecto se encuentra dentro de ETAP.

NOTA: Si se elimina cualquiera de estos archivos después de que ETAP los ha creado, puede que no sea capaz de abrir y recuperar la base de datos del proyecto.

ETAP copia una base de datos pre-construida con valores por defecto de Microsoft Access cuando se crea un nuevo archivo de proyecto. ETAP utiliza una base de datos como plantilla denominada “DEFAULTE.MDB” para el sistema de unidades inglés y DEFAULTM.MDB para el sistema de unidades métricas.

I.3.3. Modificación de la base de datos de ETAP Al visualizar la base de datos ETAP a través de un DBMS (como Microsoft Access), es muy importante que ciertos campos en la base de datos no se modifiquen. A continuación se presentan algunas reglas generales para la modificación de la base de datos de un proyecto ETAP.  No se puede cambiar cualquier campo de base de datos etiquetados IID, revisión, edición, ID (nombre), o cualquier campo, que contiene “check” (chequear), “alter” (alterar), o referencias como parte de su nombre. 19

 Nunca se debe modificar ningún campo cuyo tipo es BLOB “Binary Large Object” (Objeto Binario Grande), o un objeto OLE. Modificar cualquiera de estos campos puede invalidar la base de datos y hacer que se pierda tiempo en la construcción de la base de datos.  Se pueden cambiar los datos de ingeniería y los comentarios de los elementos en la base de datos. Sin embargo, muchos de los datos de los campos de la ingeniería están relacionados debido a la lógica de ingeniería construida en los editores de ETAP. No se pueden agregar o eliminar registros en una tabla creada por Microsoft Access.  Los registros con un IID (identificación) igual a 32, contienen los valores por defecto de ese elemento. Debe cambiar estos valores predeterminados directamente desde ETAP y no desde el software de terceros.

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I.4. Librerías. Las librerías de ETAP utilizan la estructura compuesta de Microsoft de almacenamiento de archivos (formato binario). El contenido de estos archivos se pueden ver con cualquier visualizador de archivos DOC (DOC, en este contexto, se refieren al compuesto de los archivos de almacenamiento, no los archivos de Microsoft word.doc). Visores de archivos DOC están destinados a permitir ver, pero no alterar las bibliotecas de cualquier otra manera que no sea a través de ETAP. Un ejemplo de estas librerías se muestra en la figura I.4.

Figura I.4: Ejemplo de estructura de una librería.

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I.5. Botón de AYUDA de ETAP. Existen varios métodos de para la visualización de contenido de la Ayuda en el programa ETAP. Estos son:  Help Search (búsqueda de ayuda).  Help for all Editors (ayuda para todos los editores).  Help Line (línea de ayuda).  Funcion Key Help (tecla de función de ayuda).  Help from the Project Toolbar (ayuda desde la barra de proyecto).  Help Search (búsqueda de ayuda). Al hacer “clic” en “Ayuda” en la barra de menú de ETAP, se lleva a cabo una búsqueda de ayuda por medio del índice o haciendo una búsqueda por palabras. El editor de la búsqueda de ayuda contiene “Contents” (contenidos), “Índex” (índice) y “Search” (buscar) páginas. La página de contenido le permite navegar por el archivo de Ayuda, capítulo por capítulo, al igual que en la Guía del usuario ETAP.

Figura I.5: Visualización de la búsqueda de ayuda.

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Desde la página de índice se puede ver el índice de la Ayuda que muestra el contenido de cualquier elemento de la lista. Para facilitar su búsqueda, se escriben las primeras letras de la palabra o tema que se desea buscar. El listado índice pone de relieve el elemento de índice más cercano a lo que ha introducido. (Ver figura I.6).

Figura I.6: Índice de ayuda.  Help for all Editors (ayuda para todos los editores). Botones de ayuda se proporcionan en todos los editores de elementos. Al hacer clic en el botón Ayuda se observa la descripción de todas las páginas del editor seleccionado. (Ver figuraI.7).

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Figura I.7: Icono de Ayuda para los editores de elementos.  Help Line (línea de ayuda). Líneas de ayuda para todos los campos de entrada están disponibles en ETAP. Para ver la línea de Ayuda se debe hacer clic en cualquier campo de entrada. Su descripción se mostrará en la parte inferior de la pantalla. Por ejemplo, en la figura I.8. Existe un mínimo de de Factor de Diversidad seleccionado.

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Figura I.8: Ejemplo de líneas de ayuda en la edición de elementos.  Funcion Key Help (tecla de función de ayuda). Al presionar se muestra la Ayuda en la ventana activa. Por ejemplo, al abrir el editor de barras y seleccionar la pestaña de carga, se despliega la ayuda referente a esa barra, esto se hace extensible a cualquier otro elemento con el q se esté trabajando.  Help from the Project Toolbar (ayuda desde la barra de proyecto).

Al hacer clic en el botón Ayuda situado en la barra de herramientas del proyecto (figura I.9.) se muestran las pantallas de ayuda. El botón de ayuda se indica mediante un signo de interrogación. Al hacer clic una vez sobre el botón de ayuda, un signo de interrogación (?) aparece junto al cursor, y al desplazar el cursor a cualquier elemento que del que se necesite más información, aparecerá toda la ayuda referente a ese elemento tan solo haciendo clic nuevamente sobre dicho elemento.

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Figura I.9: Visualización de ayuda desde la barra de proyecto. I.6. Copia de seguridad automática de Proyectos de ETAP. Con el fin de maximizar la protección de los proyectos ETAP y evitar la pérdida de datos, ETAP mantiene copias de seguridad de los archivos del proyecto. Los archivos de copia de seguridad se crean cuando se realizan las siguientes acciones:  Copia de seguridad durante la conversión desde una versión anterior de ETAP.  Copia de seguridad durante la apertura de un proyecto.  Copia de seguridad durante el guardado de un proyecto.

I.6.1. Copia de seguridad durante la conversión desde una versión anterior de ETAP. Cuando se abre un proyecto que fue creado con una versión anterior de ETAP, el programa crea automáticamente una copia de seguridad del proyecto. Durante este proceso, se genera el siguiente mensaje:

Figura I.10: Mensaje de creación automática de copia de seguridad.

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Al hacer clic en Sí, el programa crea automáticamente una copia de seguridad del proyecto, y a continuación realiza la conversión. La copia de seguridad del proyecto se crea en un directorio llamado "BACKUP” (de reserva), que es un subdirectorio del directorio del proyecto.

Figura I.11: Carpeta del directorio de la copia de seguridad. El nombre del proyecto de seguridad es el nombre del proyecto con el número de versión del archivo original adjunto. Por ejemplo, si va a convertir un proyecto de ETAP 4.0.4 llamado "Ejemplo", entonces el archivo de copia de seguridad se llamará: "EjemploV404" como se ve en la figura I.12.

Figura I.12: Extensiones de las copias de seguridad de ETAP. NOTA: Se debe tener en cuenta que sólo los archivos del proyecto ETAP son copia de seguridad (OTI, mdb, PSO, GRD, y CPX). Archivos de salida del informe debe ser respaldado de forma manual. I.6.2. Copia de seguridad durante la apertura de un proyecto. Al abrir un archivo de proyecto, ETAP crea automáticamente una copia de seguridad del proyecto. Este se guarda en el directorio de copia de seguridad como 27

"ProjectName ~" como se ve en la figura I.13. Si el proyecto "ProjectName ~" ya existe, ETAP sobrescribe la versión anterior con la última copia de seguridad.

Figura I.13: Extensiones de las copias de seguridad de ETAP durante la apertura de un proyecto. Esta característica permite mantener una copia de seguridad del proyecto cada vez que abra el proyecto.

I.6.3. Copia de seguridad durante el guardado de un proyecto. Al guardar el proyecto, ETAP crea una copia de seguridad de los archivos del proyecto en el directorio de copia de seguridad. La copia de seguridad se denomina "ProjectName ~ ~" como se ve en la figura I.14.

Figura I.14: Extensiones de las copias de seguridad de ETAP durante el guardado de un proyecto. Estos archivos de proyecto son temporales. Cada vez que guarda el proyecto, ETAP sobrescribe los archivos que le permiten mantener un proyecto guardado anteriormente. Sin embargo, cuando se decide cerrar el proyecto, ETAP borra la copia de seguridad temporal si guarda o no el proyecto. En el caso de que ETAP se cierra de forma anormal, los archivos de copia de seguridad temporal no se borrarán, por lo tanto, se tendrá la última copia guardada del

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proyecto. Además, la copia de seguridad del proyecto creado cuando se abrió por primera vez el proyecto también estará disponible.  Habilitar / deshabilitar la función de copia de seguridad.

Por defecto, ETAP está configurado para crear y actualizar archivos de copia de seguridad durante la creación del proyecto y antes de cada guardado. Para desactivar la función de copia de seguridad, se debe ir a “OPTIONS” (opciones), en la sección de base de datos del proyecto y a través de la creación automática de copia de seguridad del proyecto se debe cambiar de verdadero a falso. Cuando esta entrada se establece en Falso, ETAP no crea archivos de copia de seguridad de la versión actual. Sin embargo, creará copias de seguridad en la conversión de una versión anterior.  Apertura de archivos de copia de seguridad.

Los proyectos de copia de seguridad se abren igual que cualquier proyecto ETAP. Sin embargo, cuando se abre un proyecto de seguridad, un directorio de copia de seguridad se crea en el directorio de copia de seguridad. Esta función opera dentro del archivo de copia de seguridad, y la copia de seguridad opera hasta el límite de 128 caracteres. Cuando se intenta abrir un proyecto con una trayectoria de más de 128 caracteres, ETAP muestra el mensaje se la figura I.15.

Figura I.15: Mensaje de limite de caracteres de copia de seguridad de ETAP.

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Capítulo II Introducción al manejo del Software ETAP 7.0.0 II.1. Introducción al manejo básico del Software ETAP 7.0.0. ETAP es la solución más completa para el diseño, simulación y análisis de generación, transmisión, distribución, sistemas industriales y de energía. ETAP organiza su trabajo en base a proyectos. Cada proyecto que cree proporciona todas las herramientas y el apoyo necesarios para el modelado y análisis de un sistema de energía eléctrica. Un proyecto consta de un sistema eléctrico que requiere un conjunto único de los componentes eléctricos e interconexiones. En ETAP, cada proyecto ofrece un conjunto de usuarios, controles de acceso de usuario y una base de datos independiente en el que sus elementos y la conectividad de datos se almacenan. El acceso a un archivo de proyecto existente es a través de un archivo de proyecto especial con la extensión. “OTI”. La base de datos ETAP se almacena en un archivo de base de datos compatibles con ODBC (Open DataBase Connectivity), como Microsoft Access (MDB). Estos archivos funcionan conjuntamente para proporcionar control de acceso y almacenamiento de cada proyecto y utilizar el nombre del proyecto. ETAP almacena todos los informes de resultados de su proyecto en el mismo sub-directorio en el que reside la base de datos. ETAP ha sido diseñado y desarrollado para manejar la diversas disciplinas de los sistemas de energía en un paquete integrado con interfaz de múltiples puntos de vista, tales como AC DC, redes, canalizaciones, red de tierra, paneles, coordinación / selectividad y diagramas de control de sistemas.

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Figura II.1: Esquema de las capacidades del Software ETAP 7.0.0.

II.2. Ejecución del Software ETAP 7.0.0.

Una vez que el Software ETAP 7.0.0 ha sido instalado con éxito en el computador, se crea automáticamente en el escritorio el icono de acceso directo de la figura II.2. Este icono corresponde al acceso al programa, el cual se ejecutará haciendo doble clic sobre él.

Figura II.2: Icono de acceso directo al programa. Conjuntamente con esto ETAP crea, además, un acceso desde la barra de “INICIO” de Windows como se muestra en la figura II.3. Ambos métodos de ejecución del programa son perfectamente validos. II.3. Creación de Cuenta de Usuario y Nuevo Proyecto.

Una vez hecho doble clic sobre el icono de escritorio o seleccionado la opción de ejecución desde la barra de inicio, el programa se ejecutará (este proceso puede tardar 31

algunos segundos), Luego aparecerá la pantalla del programa en color gris tal como se observa en la figura II.4. En esta pantalla debemos seleccionar la opción de “Nuevo Proyecto”

Figura II.4: Pantalla de de inicio del programa. Al hacer clic sobre el icono de “Nuevo Proyecto”, se abrirá la ventana de “Creación de Archivo de Nuevo Proyecto”, en la cual se solicitara ingresar en nombre del archivo de proyecto, como se muestra en la figura II.5.

Figura II.5: Ventana de Creación de Nuevo Proyecto. Una vez hecho clic en “ok”, se abrirá una nueva ventana de “Información del Usuario”, en la cual se solicitaran algunos datos como “Nombre del Usuario” y “Niveles de Permiso”.

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Figura II.6: Ventana de Información de Usuario. Los niveles de permiso permitirán tener un mayor o menor control y acceso a las diferentes propiedades de ETAP, como lo son la base de datos, las librerías y los controladores entre otros. II.4. Descripción de la pantalla principal y barras de tareas.

A continuación de dar “ok” se desplegara la pantalla principal del programa que se verá de la forma que se muestra en la figura II.7.

Figura II.7: Pantalla principal del programa. 33

1. Ventana de Modo de Edición. 2. Editor de Proyecto 3. Barras de elementos AC-DC e instrumentos de medición. 4. Barra de herramientas de sistema. 5. Barra de selección de análisis. 6. Barra de Menú. 7. Barra de herramientas de proyecto. 8. Selección de Revisión de Proyecto. 9. Selección de Presentación. 10. Selección de Estado de Configuración.

II.4.1. Ventana de modo de edición.

Corresponde a la ventana principal OLV (One Line View) del programa, sobre la cual se diseña o modela el sistema unilineal requerido.

Figura II.8: Ventana de Modo de Edición.

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II.4.2. Editor de proyecto.

ETAP ofrece una visión especial de su proyecto llamado la “Vista de Proyecto”. La vista de proyecto es una representación gráfica en árbol que incluye las presentaciones, las configuraciones, los casos de estudio, librerías, y los componentes asociados al proyecto.

Figura II.9: Icono de acceso a la opción “Ver Proyecto”. El árbol de proyecto se puede ampliar para mostrar estos elementos. Al hacer clic en un icono "+" (dentro de un recuadro) aumenta la expansión del árbol, y muestra más detalles. Al hacer clic en un icono "-" (dentro de un recuadro) disminuye la expansión de árbol, y muestra menos detalles. Al seleccionar un elemento, aparecerá un menú contextual de comandos que le permite realizar acciones en el elemento seleccionado.

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Figura II.10: Detalle contextual del Editor de Proyecto. II.4.3. Barras de elementos AC-DC e instrumentos de medición.

La barra de elementos e instrumentos contiene todo lo necesario para construir un diagrama unilineal, incorpora elementos AC, DC e instrumentos de medición. II.4.3.1. Elementos para simulación AC.

Proporciona todos los elementos necesarios para modelar cualquier diagrama unilineal de corriente alterna y realizar los cálculos respectivos.

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Figura II.11: Barra de elementos de Corriente Alterna.

II.4.3.2. Elementos para simulación DC.

Proporciona todos los elementos necesarios para llevar a cabo un estudio en Corriente Continua y realizar los cálculos respectivos.

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Figura II.12: Barra de elementos de Corriente Continua.

II.4.3.3. Instrumentos de Medición.

La barra de instrumentos proporciona una gran variedad de elementos de medición para realizar análisis determinados en los que se requiera incorporar algún cálculo de parámetros eléctricos, tales como; corriente, tensión y potencia.

Figura II.13: Barra de elementos de Medición. 38

II.4.4. Barra de Herramientas de Sistema.

La barra de Herramientas de Sistema es un conveniente método para navegar e intercambiar vistas entre los diferentes sistemas de ETAP.

Figura II.14: Barra de Herramientas de Sistema. Al navegar por un sistema ETAP a otro utilizando esta barra de herramientas, ETAP abrirá la última presentación para el sistema seleccionado. Si no hay presentaciones existentes se le pedirá que cree una nueva presentación. A excepción de las Red de Tierras. El botón para la Red de Tierras se desactivará si no se han elaborado presentaciones.

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II.4.5. Barra de Selección de Análisis. Al hacer clic en el icono

(Network Systems) situado en la barra de herramientas

de sistema, se dispondrá una barra de herramientas que contiene todos los módulos de estudio relacionados con el diagrama unilineal, tales como: Análisis de Flujo de Carga, Cortocircuito, Partida de Motores, Estabilidad Transiente, etc.

Figura II.15: Barra de Selección de Análisis. 1. Simulación de Flujo de Carga. 2. Simulación de Flujo de Carga Desbalanceado. 3. Estándares ANSI-IEC. 4. Simulación de Aceleración de Motores. 5. Simulación de Armónicos. 6. Simulación de Transientes. 7. Simulación de Coordinación de Protecciones. 8. Flujo de Carga Óptimo. 9. Estudio de Confiabilidad. 10. Optima Ubicación de Bancos de Condensadores. 11. Simulación de Flujo de Carga DC. 12. Simulación de Cortocircuito DC. 13. Dimensionamiento de Baterías.

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II.4.6. Barra de Menú.

La barra de menú de ETAP proporciona una lista de opciones que pueden incluir listas desplegables de comandos cuando se seleccionan. Los comandos de menú con un icono de flecha apuntando a la derecha indican la existencia de un menú desplegable que ofrece acceso a los comandos adicionales. La barra de menú de diagrama unilineal se muestra cuando una presentación de diagrama unilineal está activa. Esta barra contiene una amplia colección de opciones de menú.

Figura II.16: Barra de Menú. 1. Administración de archivos y conversiones. 2. Cortar, copiar y pegar. 3. Muestra diferentes barras de herramientas. 4. Establecimiento de normas y valores. 5. Biblioteca de acceso y gestión. 6. Fuentes y configuración predeterminada de los elementos. 7. Dimensionamiento Mundial / símbolos y agrupación de elemento. 8. Base de datos y de control de revisiones. 9. EMS, ILS, Archivo de etiquetas, y operaciones de Active X. 10. Ventana de Administración. 11. Ayuda.

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II.4.7. Barra de herramientas de proyecto.

La barra de herramientas de proyecto contiene opciones que permiten ejecutar los accesos directos de muchos comandos de uso común en ETAP.

Figura II.17: Barra de herramientas de proyecto. 1. Crea un nuevo archivo de proyecto. 2. Abre un archivo de proyecto existente. 3. Guarda el archivo de proyecto. 4. Imprime vistas activas de la interfaz. 5. Vista previa del diseño de impresión de la interfaz activa. 6. Corta un elemento seleccionado de la interfaz activa. 7. Copia un elemento desde una interfaz activa. 8. Pega elementos desde un contenedor a una interfaz activa. 9. Realiza desplazamientos de elementos a través de la interfaz activa. 10. Ampliar un esquema unilineal o un sistema de canalización subterránea. 11. Reduce un esquema unilineal o un sistema de canalización subterránea. 12. Deshace el zoom para un diagrama unilineal. 13. Rehace el zoom para un diagrama unilineal. 14. Cambiar el tamaño del diagrama unilineal para ajustarse a la ventana. 15. Retrocede a la acción inmediatamente anterior. 16. Avanza a la acción inmediatamente siguiente. 17. Coloca un cuadro de texto en una vista de la interfaz activa. 18. Muestra las líneas de cuadrícula en el diagrama unilineal. 19. Comprueba la continuidad del sistema por falta de energía en los elementos. 20. Personaliza el aspecto de las presentaciones de un diagrama unilineal. 42

21. Selecciona diagramas unilineales pre-desarrollados para insertar. 22. Crea y guarda plantillas de la librería de plantillas. 23. Agrega un hipervínculo a un dispositivo o un diagrama unilineal. 24. Activa el cálculo de potencia. 25. Encuentra un dispositivo en el diagrama unilineal. 26. Apunta a un área específica para aprender más sobre ETAP.

II.4.8. Barra de Selección de Revisión de Proyecto.

Los datos de ingeniería vinculados con los elementos del proyecto se almacenan en la base de datos del proyecto. ETAP permite acceder fácilmente a un número ilimitado de datos únicos de ingeniería asociados con cada elemento. ETAP establece un nivel de revisión de cero para los datos utilizados como base de datos. Se puede asignar una revisión en cualquier momento para distinguir los parámetros de ingeniería asociados con cualquiera o todos los elementos en el diagrama unilineal sin afectar o cambiar la Base de Datos. ETAP limita su proyecto a partir de los datos de ingeniería en una revisión de datos de identificación (nombre) a la vez. Se debe trabajar con la Base de Datos para añadir o eliminar elementos del sistema o realizar cambios en la conectividad con el diagrama unilineal. Además, la Base de Datos debe estar activa para poder guardar o cerrar un proyecto.

Figura II.17: Barra de Selección de Revisión de Proyecto. 43

II.4.9. Barra de Selección de Presentación.

Cuando un nuevo proyecto se crea, la presentación de un diagrama unilineal denominada OLV (One Line View) se crea y se muestran en la ventana del ETAP. Aquí es donde se puede crear una presentación de un sistema eléctrico en un diagrama unilineal. ETAP apoya la creación de un número ilimitado de presentaciones de un diagrama unilineal. Esta potente característica ofrece la posibilidad de personalizar cada presentación para generar diferentes representaciones gráficas.

Figura II.18: Barra de Selección de Presentaciones. Esta barra de herramientas permite gestionar la presentación de proyectos. Para activar la presentación, se debe hacer clic en la flecha hacia abajo. La lista desplegable muestra las presentaciones disponibles. Se selecciona la presentación de la lista que se desea activar.

II.4.10. Barra de Selección de Estado de Configuración.

ETAP tiene la una capacidad de configuración muy amplia, que le permite configurar el estado de funcionamiento de cada uno de los diversos elementos eléctricos incluidos en el diagrama unilineal del proyecto. Componentes eléctricos tales como interruptores y fusibles se puede establecer en estado “abierto” o “cerrado”. Las cargas y los motores pueden operar de forma “continua”, “intermitente”, o se pueden asignar como

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“recambio”. Fuentes de energía pueden estar “inoperativas” o en “marcha”. La aplicación de este concepto de configuración sigue las pautas descritas a continuación:  Al adjuntar una configuración para la presentación de un diagrama unilineal, todos los elementos en la presentación deben asumir su condición predefinida, como si hubiesen sido guardados en esa configuración.  Cada configuración es independiente de las demás, ya que el estado de los elementos se pueden ajustar de forma independiente para cada configuración.  Cualquier configuración se puede conectar a cualquier presentación de un diagrama unilineal. Por el contrario, cualquiera o todas las presentaciones de un diagrama unilineal se pueden conectar a la misma configuración a la vez.  Se puede crear un número ilimitado de configuraciones.  Para conectar o asociar una configuración para una presentación, hacer que la ventana de la presentación esté activa y seleccionar un estado de la configuración de la barra de herramientas de configuración.

Figura II.19: Barra de Selección de Configuración.

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II.5. Creación de un Diagrama Unilineal Básico.

ETAP proporciona una interfaz totalmente grafica y de muy sencilla manipulación para la creación de diagramas unilineales, proporcionando todos los elementos necesarios para su construcción. Cada elemento posee particularidades individualizadas, pero también, opciones comunes como: rotación, tamaño, símbolo, conexión, etc.

II.5.1. Creación de una nueva presentación.

Cuando se crea una nueva presentación de diagrama unilineal, se está inicialmente en el Modo de “Edición” (Edit Mode) con el estado de configuración establecida en “Normal”, que es el estado por defecto. La comprobación de red y continuidad son apagados. Si se abre (activa) una presentación de diagrama unilineal ya existente, se abre con todo el conjunto de atributos que se guardó por última vez, es decir, el modo de edición de estudio. Cuando se crea un nuevo proyecto, una presentación unilineal se crea automáticamente con un ID (nombre), igual a la ID por defecto de esquema unilineal que se adjunta con un número único. Para crear una nueva presentación de diagrama unilineal dentro de un proyecto existente, se hace clic en el botón de nuevas presentaciones (New Presentations) en la barra de herramientas de presentación, como se muestra en la figura II.20.

Figura II.20: Icono para crear nueva presentación. Se puede cambiar el ID (nombre) de una presentación de diagrama unilineal desde

dentro de la ventana de proyecto (para expandir el árbol presentaciones, hacer clic derecho

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en el Diagrama unilineal, y seleccione Propiedades en el menú), o hacer doble clic en en el fondo de la presentación del diagrama unilineal.

II.5.2. Adición de nuevos elementos a la pantalla activa (OLV).

Cada elemento en ETAP requiere una identificación única. ETAP incluye un “Administrador de nombres”, que asegura que la identificación de todos los elementos, presentaciones, estado de la configuración, casos de estudio y sistemas de canalización subterránea, sea única. Cuando se agrega un nuevo elemento, el Administrador de nombres asigna automáticamente un ID para que se añade un número a la ID por defecto de ese elemento. Elementos del dispositivo se numeran secuencialmente por tipo (fusible 1, fusible 2), como se muestra en la figura II.21. Cuando un elemento se elimina de la OLV (One Line View) se mueve al instantáneamente a la papelera de reciclaje ubicada en la barra de herramientas de sistema, pero su identificación todavía estará en uso hasta que se purgue dicha papelera.

Figura II.21: Selección por defecto del nombre de un elemento. Para incorporar un símbolo de elemento de la barra de edición a la pantalla activa, se debe hacer clic izquierdo en el icono del elemento y luego moverlo dentro de la interfaz activa, una vez seleccionado el lugar en el que se ubicará dicho elemento, se debe hacer clic nuevamente para soltar y posicionar el elemento. No es necesario mantener presionado el botón del mouse mientras se arrastra el elemento hacia la pantalla activa. Ver figura II.22.

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Figura II.22: Incorporación de un nuevo elemento a la pantalla activa.

II.5.3. Seleccionar y deseleccionar de elementos en la pantalla activa (OLV).

Para seleccionar un elemento se debe hacer clic sobre el mismo, con el botón izquierdo del ratón. Se debe hacer clic en cualquier parte del diagrama unilineal para anular la selección del elemento. Utilizar + clic izquierdo para seleccionar o anular la selección de cualquier elemento. Para seleccionar un grupo de elementos, se debe hacer clic con el botón izquierdo del ratón, en la pantalla activa, en algún lugar en donde no haya ningún elemento y arrastrar el ratón. Se mostrará un rectángulo de puntos. Al soltar el ratón, todos los elementos que estén completamente dentro del rectángulo se volverán rojos, esto indicará q la selección fue exitosa. ETAP cuenta con una función inteligente y proactiva de autoselección, que en el fondo cumple una función de ahorro de tiempo, al ser una herramienta intuitiva. Para activar ésta herramienta se debe hacer uso de la tecla “Alt” y el botón izquierdo del ratón, los que al hacer clic en conjunto seleccionan varios elementos en un instante. Si se selecciona una barra y se presiona luego la tecla “Alt”, entonces ETAP seleccionará automáticamente todas las cargas conectadas a esa barra, además todos los 48

dispositivos de protección conectados a dichas cargas serán seleccionados también. En la figura II.23 se muestra un ejemplo de dicha selección automática.

Figura II.23: Selección automática de elementos mediante la tecla “Alt”.

II.5.4. Interconexión de elementos en la pantalla activa (OLV).

Cada elemento tiene uno o más pines o puntos de conexión (hasta 20 pines). Un pin es una herramienta gráfica (representado por un cuadrado pequeño, de color rojo que indica el punto de conexión) que sirve para conectar elementos entre sí. La siguiente es una lista de elementos y sus pines:

 Fuentes (generadores sincrónicos, redes de poder y baterías) tienen un solo pin.  Cargas (motores sincrónicos, motores de inducción, motores DC, cargas estáticas, condensadores y filtros) tienen un solo pin.  Ramas (dos bobinas de transformadores, líneas, cables, impedancias y reactores), los dispositivos de protección (interruptores de alta y baja tensión, fusibles) y relés cuentan con dos pines.  Transformadores de tres bobinas, de potencial y corriente tienen tres pines.  Redes compuestas tienen hasta 20 (4, 8, 12, 16, y 20) pines. 49

 Las barras se consideran un pin largo (pin continuo a lo largo de su longitud). Para conectar un elemento a una barra se debe localizar el pin de dicho elemento, el cual se mostrará en rojo en la pantalla activa (OLV), luego se arrastra con el ratón el pin en rojo hasta cualquier punto de la barra. NOTA: No se puede conectar un relé a una barra ni conectar dos pines del mismo elemento a la misma barra. NOTA: Las ramas no se pueden conectar entre sí, en cambio, ETAP interpondrá siempre una barra entre ellas.

Figura II.24: Interconexión de elementos.

II.5.5. Cortar, copiar y pegar elementos en la pantalla activa (OLV).

ETAP cuenta con opciones básicas de uso, tales como “cortar”, “copiar” y “pegar”. Estas opciones optimizan el rendimiento del proceso de creación de un diagrama unilineal, acelerando el proceso de diseño notablemente. A continuación se individualizan estas tres opciones. Cortar. Todos los elementos en un diagrama unilineal creado en la pantalla activa puede ser “cortado” (borrado), y trasladado al contenedor de basura. ETAP cuenta con 4 formas distintas de suprimir un elemento de la pantalla activa, las cuales se señalan a continuación:

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 Seleccionando “Cortar” en el menú que aparece al presionar el botón derecho del ratón.  Haciendo clic en “Editar” en la barra de menú y seleccionando “Cortar”.  Haciendo clic en el botón “Cortar” de la barra de herramientas de proyecto.  Pulsando la tecla “Suprimir” (Supr) del teclado.

Copiar.

Cada elemento de un diagrama unilineal creado en la pantalla activa puede ser copiado, para lo cual existen tres diferentes alternativas, las que se señalan a continuación:  Haciendo clic derecho en un elemento y seleccionando “Copiar”.  Haciendo clic en “Editar” en la barra de menú, y seleccionando “Copiar”.  Haciendo clic en el botón “Copiar” en la barra de herramientas de proyecto.

Pegar.

Un elemento que ha sido copiado puede ser pegado en algún lugar de la pantalla activa, como también algún elemento que se ha puesto en el contenedor de basura. Para realizar esta opción ETAP dispone de tres métodos diferentes.  Haciendo clic en el diagrama unilineal y seleccionando “Pegar” en la posición del cursor.  Haciendo clic en “Editar” en la barra de menú y seleccionando “Pegar” en la posición del cursor.  Haciendo clic en el botón “Pegar” de la barra de herramientas de proyecto para pegar en la esquina superior izquierda del diagrama unilineal.

II.5.6. Rotación y orientación de elementos en la pantalla activa (OLV).

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Los elementos de un diagrama unilineal creado en la pantalla activa pueden modificar su orientación según sea necesario, para que sea congruente con el esquema creado. Para cambiar la orientación de un elemento se necesita hacer clic derecho sobre el elemento para que aparezca el menú. Se utiliza el comando “Rotate” (rotar), a continuación, se seleccione una de las orientaciones (0, 90, 180 o 270 grados). En la figura II.25 se muestran las posiciones de orientación.

Figura II.25: Rotación de elementos en la pantalla activa (OLV).

II.5.7. Descripción de elementos AC, DC y Elementos de Medición.

ETAP cuenta con una gran variedad de elementos de diseño de diagramas unilineales, estos elementos se separan en: Elementos AC, Elementos DC y Elementos de Medición. Las correspondientes barras de herramientas ya se mostraron más arriba en este mismo capítulo, por lo tanto a continuación se describirán los elementos de que comúnmente se utilizan en diagramas unilineales básicos y se separaran en las tres categorías mencionadas más arriba. II.5.7.1. Descripción de elementos AC.

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Barra (bus)

: Una “barra” se define como un punto (nodo), donde una o más ramas

de un circuito se conectan. Una rama podría ser un cable, un transformador, etc. La cantidad mínima de datos necesarios para definir la barra son los kV nominales que se pueden introducir en la página de información del editor de barra. Las barras tienen dos tipos de representación gráfica, las cuales son “el nodo y la barra”. Se puede cambiar de una barra a un nodo o viceversa en cualquier momento. Esta opción da la flexibilidad para visualizar la anotación de las barras y los nodos de forma diferente. El Editor de Barra incluye diez diferentes opciones de configuración, las cuales se muestran en la figura II.26.

Figura II.26: Visualización del Editor de Barra. Info: Identificación de la barra y datos nominales del elemento. Phase V: Describe los porcentajes de tensión además de las tensiones de operación del elemento. Load: Describe la carga total conectada al elemento.

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Motor/Gen: Datos del motor o generador que estén directamente conectados a la barra. Rating: Configuración y parámetros del elemento. Arc flash: Datos referentes al estudio de Arc Flash. Harmonic: Datos referentes al estudio de harmónicos. Reability: Parámetros de fiabilidad del elemento. Remarks: Pagina de observaciones varias. Comment: Comentarios. NOTA: las pestañas de “Info”, “Rating”, “Remarks” y “Comment” son comunes para cada elemento, por lo tanto no se volverán a describir en el futuro. Transformador de Dos Devanados

: Un transformador es una máquina eléctrica que

transforma un nivel de tensión a otro nivel diferente de tensión por medio de la interacción electromagnética, en este caso, de dos bobinas separadas por un núcleo ferro magnético. El Editor del Transformador de Dos Devanados presenta una serie de opciones modificables según la necesidad de la simulación, estas opciones se muestran en la figura II.27.

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Figura II.27: Visualización del Editor del Transformador de Dos Devanados. Tap: Datos referentes a la configuración del tap del transformador. Grounding: Datos referentes a la configuración de la puesta a tierra del transformador. Sizing: Hace referencia a la configuración de parámetros específicos del transformador. Protection: Datos referentes a la configuración de las protecciones y curva de daño del transformador. Harmonic: Datos referentes al estudio de harmónicos. Reability: Parámetros de fiabilidad del elemento. Transformador de Tres Devanados

: Un transformador de tres devanados en ETAP es

una máquina eléctrica que posee un enrollado primario y dos enrollados secundarios o en su defecto, un enrollado secundario y uno terciario. Su configuración es muy similar al transformador de dos devanados. El editor del Transformador de Tres Devanados se muestra a continuación:

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Figura II.28: Visualización del Editor del Transformador de Tres Devanados. NOTA: Los datos del transformador de tres devanados son idénticos al transformador de dos devanados, por lo tanto no se describirán nuevamente. Cables

: ETAP permite colocar los cables en el diagrama unilineal para conectar dos

elementos (dos barras, motores en las barras, o una carga estática en la barras) y colocar el mismo cable en una canalización. Sin embargo, se pueden añadir cables con el diagrama unilineal sin ponerlos en una canalización o añadir a la canalización sin necesidad de añadirlos al diagrama unilineal. Para esto, ETAP con cuatro tipos de cables. -

Cable Unilineal.- aparece como un elemento gráfico en el diagrama unilineal. Es un cable que se agrega al esquema unilineal para conectar las barras, pero no ha sido previamente canalizado.

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Figura II.29: Representación grafica de un cable unilineal. -

Equipamento de cables.- puede conectarse a equipos tales como motores y cargas estáticas, pero en la gráfica no aparecen como un elemento separado en el diagrama unilineal. Este es un cable que se agrega al equipo desde el editor de equipos, y no ha sido colocada en ninguna canalización.

Figura II.30: Representación grafica de un Equipamento de Cables. -

Canalización de cables.- se utiliza exclusivamente en el sistema de conductos de cable. Es un cable que se encamina a través de una canalización tal como un sistema de cableado subterráneo, pero no se muestra en el diagrama unilineal o como un equipo de cables.

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Figura II.31: Representación grafica de una Canalización de cables. -

Cable Compuesto.- representa un cable que está incluido en el sistema de canalización, así como en el diagrama unilineal (ya sea como un equipo de una línea o un cable). Este cable se añade el diagrama unilineal como una línea o equipo de cables, y luego se coloca dentro de la canalización, o bien, el cable se añade a la canalización y luego se coloca en el diagrama unilineal como un cable unilineal.

Figura II.32: Representación grafica de una Cable Compuesto. El editor de cable de ETAP se muestra en la figura II.33.

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Figura II.33: Visualización del Editor de Cable. Impedance: Datos referentes a la impedancia del cable. Physical: Datos referentes a las dimensiones físicas del cable. Protection: Datos referentes a las capacidades físicas del cable. Routing: Configuración de la canalización del o los cables. Loading: Datos referentes a las cargas involucradas con el cable. Ampacity: Configuración de temperaturas de operación, corriente admisible e instalación. Sizing: Hace referencia a la configuración de parámetros específicos del cable. Reability: Parámetros de fiabilidad del elemento.

Línea de transmisión

: Una línea de transmisión es un medio físico por el cual se

conduce la electricidad entre dos lugares separados generalmente por distancias considerables. Una línea de transmisión posee parámetros eléctricos y parámetros mecánicos que se deben considerar para su configuración en el programa. Las funciones que se pueden considerar en ETAP son las siguientes:  Calculo de los parámetros eléctricos de las líneas. 59

 Calculo de la capacidad de transporte del conductor y la temperatura.  Calculo de la flecha y la tensión.  Transposición. El Editor de Línea de Transmisión se muestra a continuación:

Figura II.34: Visualización del Editor de Línea de Transmisión. Parameters: Parámetros constructivos de la línea de transmisión. Configuration: Configuración de la línea. Grounding: Especificación de la puesta a tierra de la línea de transmisión. Earth: Configuración de la tierra (capas de tierra). Impedance: Impedancias especificas de la línea. Protection: Capacidad térmica de la línea de transmisión. Sag & tensión: Parámetros mecánicos de la línea como peso y configuración de viento. Ampacity: Configuración de temperaturas de operación, corriente admisible e instalación. 60

La siguiente es una lista de los tipos de conductores de los que dispone actualmente ETAP para líneas de transmisión:

Figura II.35: Tipos de conductores y sus materiales disponibles en ETAP.

Red de Poder (Power Grid)

: Una red de poder es un elemento que proporciona

ETAP para la simulación de sistemas eléctricos y que representa una Red Eléctrica. Estas redes de poder pueden disponerse de diferentes maneras según la necesidad del estudio, estos modos pueden ser: -

“Swing” o ascilacion.

-

“Voltage Control” o Control de Voltaje.

-

“Mvar Control” o Control de los Mvar.

-

“PF Control” o Control del FP. El Editor de la Red de Poder se muestra en la figura II.36. 61

Figura II.36: Visualización del Editor de la Red de Poder. Harmonic: Datos referentes a los harmónicos de la red de poder. Energy Price: Datos referentes al consumo de energía de la red de poder.

Generador Sincrónico (Synchonous Generator)

: Un generador sincrónico en una

maquina eléctrica capaz de convertir energía mecánica en energía eléctrica por medio de la interacción de campos electromagnéticos. Para ETAP un generador sincrónico es muy similar a una Red de Poder en su funcionamiento, ya que también exige especificar de qué manera se realizara su funcionamiento para determinar luego el estudio requerido, estos tipos de funcionamiento son: -

“Swing” o ascilacion.

-

“Voltage Control” o Control de Voltaje.

-

“Mvar Control” o Control de los Mvar.

-

“PF Control” o Control del FP. 62

El Editor del Generador Sincrónico se muestra a continuación.

Figura II.37: Visualización del Editor del Generador Sincrónico. Capability: Referente a las capacidades de operación del generador. Imp/Model: Configuración de las impedancias del generador. Inertia: Configuración de la energía inercial vinculada al generador. Exiter: Configuración del tipo de excitación vinculada al generador. Grovernor: Configuración de la velocidad y sistemas de control del generador. PSS: Hace referencia a la configuración de la estabilidad del sistema por medios externos. Fuel Cost: Configuración de los consumos de combustible del generador. Motor de Inducción (Induction Machine)

: Un motor de inducción es una máquina

de corriente alterna, en la cual la velocidad de rotación del rotor es menor que la del campo magnético del estator y depende de la carga. El Editor del Motor de Inducción se muestra a continuación:

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Figura II.38: Visualización del Editor del Motor de Inducción. Nameplate: Configuración básica del motor de inducción. Model: Parámetros específicos del motor de inducción. Load Model: Modelamiento de la carga vinculada al motor. Start Dev: Configuración referente a la partida del motor, Start Cat: Configuración de los tiempos de partida de la carga. Cable/Vd: Configura las caídas de tensión y la sobrecarga en el motor. Cable Amp: Configuración de los conductores que alimentan el motor. Motor Sincrónico (Synchonous Motor)

: Un motor Sincrónico es un tipo de máquina

eléctrica de velocidad constante, la cual depende de las características constructivas de la máquina (pares de polos) y de la frecuencia de la tensión de la red a la que está conectado. Su velocidad de giro, que también se conoce como “velocidad de sincronismo” responde a la siguiente ecuación: (II.1)

El Editor del Motor Sincrónico se muestra a continuación: 64

Figura II.39: Visualización del Editor del Motor Sincrónico. LR Model: Configuración de acuerdo a los parámetros de rotor bloqueado del motor. Starting Mode: Configuración de la resistencia de descarga y la aplicación de distintas excitaciones. Carga Agrupada (Lumped Load)

: Una carga agrupada en ETAP corresponde a un

conjunto de motores o cargas estáticas que se agrupan en porcentajes determinados por el usuario. Para cuestiones de cálculo, ETAP asume una carga agrupada como un solo elemento cuyos parámetros se configuran en la ventana que se muestra en la figura II.40.

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Figura II.40: Visualización del Editor de la Carga Agrupada. Short-Circuit: Configuración de las contribuciones a un cortocircuito. Dyn Mode: Configuración de la carga en modo dinámico.

Carga Estática (Static Load)

: La carga estática corresponde a un conjunto de

consumos fijos que ETAP reconoce como un sólo elemento representativo del conjunto de cargas. Su Editor se muestra a continuación:

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Figura II.41: Visualización del Editor de la Carga Estática. Red Compuesta (Composite Network)

: Una Red Compuesta es una agrupación de

todos los componentes en un subsistema, ya que pueden contener barras, ramas, cargas, fuentes y otras redes compuestas. Una Red Compuesta puede anidar subsistemas a un número ilimitado de capas. Esto permite construir sistemas por orden de importancia, por la disposición física, por las exigencias geométricas de los elementos, por los requisitos de estudio, por los relés y los requisitos de control de dispositivos, por la disposición lógica de los elementos, etc. Las redes compuestas pueden tener un máximo de 20 pines. El número predeterminado de los pines es de 4 y se puede cambiar desde el botón derecho del ratón como se muestra en la figura II.42.

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Figura II.42: Selección de pines en una Red Compuesta.

II.5.7.2. Descripción de elementos DC.

Barra DC (DC Bus)

: Una barra CC se define como un elemento al cual se conectan

variadas ramas. Estas ramas pueden ser cables, impedancias, convertidores, etc. Una rama en ETAP se puede visualizar también como un nodo, la forma de activar esta opción es dando clic derecho sobre la barra y seleccionando “nodo”. El Editor de barra CC se muestra a continuación:

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Figura II.43: Visualización del Editor de Barra CC. Cable DC (DC Cable)

: Un cable CC en ETAP es similar a un cable AC. En su

Editor se pueden definir tanto resistencia como inductancia, así como también, la disposición en la canalización. El Editor de Cable DC se muestra a continuación:

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Figura II.44: Visualización del Editor de Cable DC. Physical: Dimensiones físicas del conductor. Routing: Configuración de canalización del conductor. Además en el Editor de la figura II.44 se deben definir los puntos “desde y hacia” (from – to) las barras entre las cuales se dispondrá el cable.

Figura II.45: Selección de barra por defecto de ETAP.

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Impedancia DC (DC Impedancia) : Una impedancia DC en ETAP es básicamente la introducción en la pestaña de “información” del Editor de Impedancia, de una resistencia en Ohm y una inductancia en Henrios. Además, al igual que un cable ETAP exige especificar los puntos desde y hacia (from – to). El Editor de Impedancia se muestra a continuación:

Figura II.46: Visualización del Editor de Impedancia.

Batería (Battery)

: Una batería es básicamente un elemento que entrega una tensión y

una corriente constante. En la pestaña de “información” se entrega información acerca de su manufactura, modelo, tipo, tiempo de trabajo y duración de la carga entre otros. Su Editor se muestra a continuación:

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Figura II.47: Visualización del Editor de Batería. SC: Configuración del modelamiento de un cortocircuito DC. Motor DC (DC Motor)

: Un motor DC en una máquina eléctrica que trabaja bajo una

tensión constante. En la pestaña de “clasificación” (Rating) se deben incorporar al igual que en un motor AC, valores de eficiencia, potencia, tensión y velocidad entre otros. El Editor del Motor DC se muestra a continuación:

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Figura II.48: Visualización del Editor del Motor DC. Duty Cycle: Configuración del ciclo de servicio del motor DC.

II.5.7.3. Descripción de Instrumentos de Medida. Transformador de Corriente (Current Transformer)

: Un trasformador de corriente

es un elemento de medición que cuenta con ciertas características específicas como su relación de transformación. Burden y precisión. Se emplea en sistemas eléctricos para obtener mediciones de corriente con el fin de operar protecciones.

Su Editor del Transformador de Corriente se muestra a continuación:

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Figura II.49: Visualización del Editor del Transformador de Corriente. Rating: Configuración básica del transformador de corriente. Cheker: Configuración de la edición del elemento. Transformador de Tensión (Potential Transformer)

: Un transformador de tensión

es un elemento de medición que se utiliza como un dispositivo reductor de tensión para elementos de medida que trabajan en base a tensiones menores que los de la red eléctrica a la que está conectado el dispositivo. El Editor del Transformador de Tensión se muestra a continuación:

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Figura II.50: Visualización del Editor del Transformador de Potencial.

Voltímetro (Voltmeter)

: Un Voltímetro es básicamente un instrumento de medición

que se agrega a la red eléctrica con el fin de obtener mediciones precisas de tensión entre dos puntos, y así llevar un control de las variables eléctricas que intervienen en dicho sistema. Su uso es amplio, ya que es frecuente observarlo tanto en industrias y escenarios de trabajo, como en el hogar. El Editor del Voltímetro se muestra a continuación:

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Figura II.51: Visualización del Editor del Voltímetro.

Amperímetro (Ammeter)

: Un Amperímetro es básicamente un instrumento de

medida de amplio uso cuyo fin es obtener dediciones precisas de corriente a través de una rama de un circuito eléctrico. En ETAP un amperímetro se agrega en serie en el modelo unilineal y sirve para llevar un control de dicho parámetro eléctrico. El Editor del Amperímetro se muestra a continuación:

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Figura II.51: Visualización del Editor del Amperímetro.

Multímetro (Multimeter)

: Un multímetro es un elemento de medición

multifunción y que es capaz de entregar medidas de corriente como también de tensión. En ETAP un multímetro cuenta con tres pines de conexión, un pin de tensión y dos pines de corriente como se muestra en la figura II.52. Se utiliza para obtener medidas precisas de dichos parámetros eléctricos, con el fin de llevar un control en la red eléctrica a la q está conectado. También se le puede incorporar un transformador de corriente o tensión dado que su funcionamiento radica en niveles de tensión y corriente muchas veces inferior que los de la red eléctrica.

Figura II.52: Visualización de los pines de conexión. El Editor del Multímetro se muestra a continuación:

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Figura II.53: Visualización del Editor del Multímetro. Relé de Protección (Protective Relay)

: Los relés de protección se clasifican en dos

categorías según sus funciones: funciones simples o funciones múltiples. Un relé de función única consiste en un relé con sólo una característica de protección como sobre corriente o sobre carga, en cambio un relé multifunción puede incluir varios dispositivos de seguridad tales como sobre corriente, sobrecarga, tensión y frecuencia entre otros.  Relé de Sobrecorriente.- El Relé de sobre corriente detecta las fluctuaciones de corriente por sobre un valor pre definido debido a una falla incipiente en alguna parte del sistema eléctrico para luego enviar una señal que active algún mecanismo que despeje la parte del circuito que se encuentra en condición de falla como un interruptor de poder. Su nomenclatura según la normativa ANSI es el número “51” (Relé de Sobre corriente). ETAP entrega la siguiente pestaña de Edición:

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Figura II.54: Visualización del Editor del Relé de Sobrecorriente (51). Imput: Configuración de entrada de las relaciones de transformación del relé. Output: Configuración de los datos de salida del relé. OCR: Configuración básica del relé (Pik Up, tipo de curva, TC). TCC kA: Configuración referente al cortocircuito involucrado al relé. Model Info: Hace referencia al aspecto constructivo del relé.  Relé de Sobrecarga.- Los relé de sobrecarga son un tipo de protección basados en el tipo tiempo-corriente. Estos relés detectan fluctuaciones de corrientes por sobre un valor predefinido, con el fin de evitar daños innecesarios del elemento del circuito que esté protegiendo.

El Editor del Relé de Sobrecarga se muestra a continuación:

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Figura II.55: Visualización del Editor del Relé de Sobrecarga. OLR: Configuración básica del relé de sobrecarga.  Relé Diferencial.- Un Relé Diferencial es un tipo de protección que se utiliza mayormente en protecciones de transformadores de poder. Sin embargo es frecuente encontrarlos en protección de barras. Basa su funcionamiento en la comparación de corrientes entrantes y salientes a un elemento. Su nomenclatura ANSI es el número “87”. El Editor del Relé Diferencial se muestra a continuación:

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Figura II.56: Visualización del Editor del Relé Diferencial (87). Dif: Configuración básica del relé diferencial (tiempo de operación).

La forma correcta de conectar un Relé Diferencial y sus transformadores de medida, para protección de un transformador de poder se muestra en la figura II.57.

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Figura II.57: Esquema de conexión de un Relé Diferencial para protección de transformadores.

II.6. Análisis de los Informes de Salida.

ETAP proporciona un completo “Reporte de Salida” (Output

Report) para el

análisis y la interpretación de los resultados de un determinado caso de análisis y con diferentes niveles de detalle según la necesidad del estudio. A este informe detallado de salida se puede acceder de distintas maneras. II.6.1. Acceso a Reporte de Salida desde la barra “Caso de Estudio”. La primera de ellas es accediendo a la barra de “Caso de Estudio” (Study Case), en el botón de “Ver Informe de Salida” y seleccionando el nombre del informe de salida según se muestra en la figura II.58.

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Figura II.58: Selección del informe de salida desde la barra de Caso de Estudio. NOTA: Para llevar a cabo el análisis de un Reporte de Salida se utilizara como referencia un Caso de Estudio de Cortocircuito cualquiera, en consecuencia los resultados que se señalen corresponderán a dicho Caso de Estudio. Esto dado que la estructura de los Reportes de Salida es básicamente la misma para los diferentes estudios que se muestran es el presente trabajo.

II.6.2. Administrador de Informes.

La segunda manera de acceder a un Informe de Salida es ir al Administrador de Informes, al cual se puede acceder desde la barra de herramientas, en este caso, desde la barra de herramientas de cortocircuito. Este administrador cuenta con cuatro pestañas diferentes que son: “Informe Completo” (Complete), “Informe de Entradas” (Input), “Informe de Resultados” (Result) y “Informe Resumen” (Summary).

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Figura II.59: Administrador de Reporte de Salida. El Administrador permite que el usuario seleccione uno de entre varios formatos disponibles para la salida de datos como los que se muestran en la figura II.59.  Informe Completo (Complete).

En esta pestaña se puede seleccionar el Informe Completo, en este caso, del estudio de cortocircuito. Este informe completo incluye los datos de entrada, los resultados y los informes resumidos.

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Figura II.60: Selección del Informe Completo de Salida (Complete).  Informe de Entradas. En esta pestaña se pueden seleccionar diferentes tipos de elementos a los cuales se les seleccione un informe específico para ese elemento seleccionado. Estos elementos pueden ser: barras motores generadores transformadores, etc.

Figura II.61: Selección del Informe de Entradas (Input). 85

 Informe de Resultados. Esta pestaña permite seleccionar los formatos para los resultados del informe de salida del análisis de cortocircuito. Esto quiere decir que si se ejecuta una falla trifásica, sólo existirá un solo formato de reporte de cortocircuito que se muestra en el Administrador de Informes. En cambio si se ejecuta un cálculo falla desequilibrada, la sección de resultados que se incluyen en el informe añadirá las contribuciones individuales de las fallas Línea - Tierra, Línea – Línea y Línea – Línea - Tierra. Lo mismo se aplica para el cálculo según la Normativa IEC para fallas trifásicas desequilibradas.

Figura II.62: Selección del Informe de Resultados (Result).

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 Informe Resumen. Esta pestaña permite seleccionar los resúmenes de los informes de salida, resaltando solo lo esencial del estudio y omitiendo los detalles menos significativos. Es una opción versátil y cómoda de emitir un informe de salida de manera rápida y resumida, resaltando la información de mayor relevancia para crear una imagen general del estudio en cuestión.

Figura II.63: Selección del Informe Resumen (Summary).

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Capítulo III Análisis de flujo de carga en ETAP III.1 Introducción al Análisis Flujo de Carga en sistemas de potencia. El objetivo principal de un Sistema Eléctrico de Potencia es satisfacer una demanda. Como consecuencia surge el problema, de por dónde debe hacerse la alimentación e incluso prever caídas de tensión, regulación de transformadores, e inyección de potencia reactiva. Los estudios de flujo de potencia, más normalmente llamados estudios de flujo de carga, son sumamente importantes para evaluar el funcionamiento de los sistemas de potencia, su control y planificación para futuras expansiones. Un estudio de flujo de potencia define principalmente las potencias activa y reactiva y el vector de tensión en cada barra en el sistema. Los principios del estudio del flujo de potencia son relativamente fáciles, pero un estudio a un sistema de potencia real sólo se puede llevar a cabo con la ayuda de algún programa especializado.

III.2. Pasos para configurar el Análisis de Flujo de Carga. Con la opción “Load Flow Analysis” (Análisis de Flujo de Carga), incluida en el programa es posible calcular la tensión a la cual está sometida una barra, además de corroborar la regulación de tensión y finalmente observar la dirección del flujo de potencia a través del sistema en estudio, el cual pudiese presentarse con una estructura radial o como un lazo abierto. En el programa además se pude seleccionar con que método llegar al resultado como por ejemplo: método de Newton-Raphson, método Newton-Raphson desacoplado-rápido, o el método de Gauss Seidel acelerado. Este capítulo define y explica el uso de las diferentes aplicaciones que posee este programa y como utilizarlas para el estudio de Flujo de Carga. También proporcionan los métodos utilizados para la resolución de problemas de flujo de carga.

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En la sección “Toolbar” (Barra de Tareas) de Flujo de Carga, explica como se arroja un resultado de Flujo de Carga, abrir y ver un informe de salida, o seleccionar opciones de demostración. En la sección “case editor” (el editor de caso) de Estudio de Flujo de Carga explica cómo se puede crear un nuevo caso de estudio, los parámetros que se requieren especificar, y como agregarlos. En la sección de “Display Options” (Visualización de Opciones) se explica las opciones disponibles para mostrar algunos parámetros claves del sistema y los resultados de salida sobre el diagrama unilineal. En la sección “Calculation Methods” (Métodos de Cálculo) se muestran las diferentes formulaciones de métodos de cálculo de flujo de carga, especificando cantidad de iteraciones y exactitud. En la sección “Required Data” (Datos Requeridos) se describen datos necesarios para realizar cálculos de flujo de carga y su ingreso. En la sección de “Output Report” (Informe de Salida) del Estudio de Flujo de Carga, se ilustra y explica informes de salida y su formato. Finalmente, “Result Analyzer” (Analizador de Resultado) de Flujo de Carga, permite ver los resultados de varios estudios en una pantalla, para su análisis y comparación.

Barra de Tareas de Flujo de Carga La Barra de tareas de Flujo de Carga aparecerá sobre la pantalla cuando se seleccione en el modo de Estudio de Flujo de Carga.

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Figura III.1: Barra de tareas de Flujo de Carga.

-

Correr el estudio de Flujo de Carga: al hacer clic sobre este icono se realizara el estudio de Flujo de Carga y un cuadro de diálogo aparecerá para especificar el nombre del informe de salida.

-

Correr Simulador Automático: el Simulador Automático permite al programa generar valores de operaciones y condiciones de emergencia del sistema para el control en tiempo real de los generadores.

-

Opciones de Demostración de Flujo de Carga: los resultados de estudios de flujo de carga se muestran sobre el diagrama unilineal. Aparecerá un “display” de opciones en donde se pueden ajustar diversos valores genéricos del diagrama, además de opciones de AC o AC-DC y diversos colores para los componentes del sistema.

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-

Observar Alertas: Después de realizado el estudio de flujo de carga, al pulsar sobre el icono “Alert View”, se arrojará una ventana con todas las alertas, ya sean menores o criticas.

-

Director de Informe de Flujo de Carga: con esta opción se generan cuatro diferentes informes: (Completo, de entrada, de salida y de resumen) de todas los diferentes componentes del sistema, pudiendo ser guardados en distintos formatos como: viewer, pdf, MS Word, etc.

Figura III.2: Director de Informe de Flujo de Carga -

Analizador de Resultado de Flujo de Carga: este icono permite ver los resultados de varios estudios en pantalla, entonces se puede analizar y comparar diferentes resultados.

-

Analizador de Carga: este icono permite al usuario crear informes completos sobre cada consumo o carga del sistema en estudio. Arrojando valores como: impedancia, tensión y % de carga. Además en esta opción se pueden aplicar factores de diversidad a cada tipo de carga ya sean continuas, intermitentes o de reserva.

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º Figura III.3: Editor de Proyecto. III.2.1. Load Flow Study Case (Casos de Estudio de Flujo de Carga). Luego de realizar todas las acciones descritas anteriormente al hacer clic sobre el nuevo archivo creado se desplegará la siguiente ventana:

Figura III.4: Ventana del Caso de Flujo de Carga (información). 92

La opción “Info” (Información) entrega los datos generales con los cuales se realizaran los cálculos del flujo de carga, además posee cinco recuadros secundarios los cuales son:  Caso de Estudio ID.  Métodos.  Actualización.  Informe.  Condición de voltaje inicial.  Comentarios del estudio.

Study Case ID (Caso de Estudio ID): En este recuadro se observa el nombre del Flujo de Carga en Estudio, además este se puede renombrar pudiendo incluir hasta 12 caracteres.

Method (Métodos): Aquí se selecciona es método de solución de Flujo de Carga. Los cuales son: Newton-Raphson, Newton-Raphson desacoplado-rápido, y Gauss-Seidel Acelerado. Además de ajustar el número de iteraciones máximas, la precisión y en el caso de Gauss-Seidel el factor de aceleración.

-

Iteración máxima.- corresponde al número máximo de iteraciones que realizara el programa para encontrar el valor, si esto no sucede el proceso se detendrá y se arrojara una pantalla de error. Se recomienda 2000 para el Método de Gauss-Seidel, y 5 para los métodos Newton-Raphson y Newton-Raphson Desacoplado-Rápido.

-

Precisión.- este valor es utilizado para la comprobación de exactitud de la iteración ya que si la diferencia entre valores es inferior a este error el valor se considerara correcto.

-

Factor de aceleración.- esta opción está presente si se selecciona el Método de Gauss-Seidel Acelerado y corresponde al valor entre iteraciones que van desde 1.2 y 1.7, por defecto 1.45.

-

Aplicar el cambio de fase a los transformadores XFMR.- al seleccionar esta opción se considerara el cambio de fase del transformador en el cálculo de flujo de carga.

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-

Calcular los sistemas Panel y UPS.- al seleccionar esta opción el programa considerara en el cálculo de flujo de carga los sistemas de tipo Panel y UPS, los cuales son sistemas monofásicos.

Update (Actualización): En este recuadro se pueden actualizar algunos componentes del sistema como también llevarlos a sus valores iniciales, estos son:

-

Initial Bus Voltage: (Voltaje Inicial de la Barra).

-

Inverter Operating Load: (Inversor de Operación de Carga).

-

Operating Load & V: (operación de Carga y Voltaje).

-

Transformer LTCs: (Transformador “Load Tap Changer”).

-

Cable Load Amp.: (Amperaje de Carga del Cable).

Report (Informe): Bus Voltage: (voltaje de barra) estas opciones nos permiten determinar si en el informe los valores de voltaje se verán en kV o en %. -

Equipment Cable Losses and Vd (Pérdidas en el cableado y Vd).- con esta opción se determina si se desea o no ver las perdidas en los cables. Una vez seleccionada esta opción se abre la opción “Exclude Load Diversity Factor”. La cual permite no considerar el Factor Diversidad de Carga.

Initial Voltage Condition (Condición de Voltaje Inicial): En este recuadro se pueden ingresar todos los voltajes y ángulos de estos. -

Bus Initial Voltages (Voltajes Iniciales de Barra).- con esta opción se pueden realizar estudios de flujo de carga con diferentes valores de voltaje.

-

User-Defined Fixed Value (Usar Valor Definido por el Usuario).- con esta opción se puede ajustar los valores de voltaje y ángulo a un valor fijo, por defecto el voltaje esta ajustado en 100% y el ángulo en 0.

Study Remarks (Comentario del Estudio): Se puede ingresar hasta 120 caracteres alfanuméricos en los cuales se pude especificar algún dato relevante del estudio, este estará incluido en el informe final.

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La segunda opción que nos entrega este recuadro es el de carga.

Figura III.5: Ventana del caso de Flujo de Carga (carga). Loading Category (Categoría de la Carga): Se pude escogé una de las diez categorías disponibles para asignarle alguna de estas características a las cargas. -

Operación de P y Q.- esta opción permite indicar P y Q.

Generation Category (Categoría de Generación): Se pude escoge una de las diez categorías disponibles para asignarle alguna de estas características a las fuentes generadoras. -

Operación de P, Q y V.- esta opción permite indicar a la potencia activa, reactiva y el voltaje.

Load Diversity Factor (Factor de Diversidad de Carga): Esta sección permite especificar en donde se desea aplicar el factor diversidad. -

None (Ninguno): el factor diversidad no se aplica a ninguna barra.

-

Bus Minimum (Barra Mínima).- al seleccionar esta opción todos los motores y otras cargas directamente unidas a cada barra se le aplicara el factor de diversidad mínimo. 95

-

Bus Maximum (Barra Máxima).- al seleccionar esta opción todos los motores y otras cargas directamente unidas a cada barra se le aplicara el factor de diversidad máximo, lo cual pudiese servir para futuras ampliaciones del sistema.

-

Global Diversity Factor (Factor de Diversidad Global).- esta opción aplicara el factor de diversidad para todos los elementos, motores, cargas estáticas, cargas corrientes constantes, y las cargas genéricas de la categoría de carga seleccionada con los valores ingresados.

Charger Loading (Cargador de Carga): Esta opción solo puede ser utilizada para corriente continua.

La tercera opción que nos entrega este recuadro es el de ajustes. Este recuadro permite especificar ajustes de tolerancia de longitud, de resistencia del equipo y la impedancia. Y cada ajuste de tolerancia pude ser ajustado en un porcentaje individual o global basándose en el valor de referencia.

Figura III.6: Ventana del Caso de Flujo de Carga (ajustes).

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Impedance Tolerance (Tolerancia de Impedancia): Este grupo permite ajustar la tolerancia de los valores de impedancia para el transformador, la reactancia, y el calentamiento por sobrecarga. -

Transformer Impedance Adjustment (Ajuste de Impedancia del Transformador).este valor ajusta la impedancia del transformador en el porcentaje que se indique, lo cual afecta los resultados del estudio de flujo de carga.

-

Reactor Impedance Adjustment (Ajustes de Impedancia del reactor).- este porcentaje que se indica ajusta el valor de la impedancia de la bobina.

-

Overload Heater Resistance (Resistencia de Calentamiento por Sobrecarga).- el porcentaje que indique ajusta el valor de la resistencia producida por el calentamiento en una sobrecarga (OH), “Overload Heater”.

Length Tolerance (Tolerancia de Longitud): Esta sección le permite considerar ajustes de tolerancia para cableado y longitudes de línea de transmisión. -

Cable Length Adjustment (Ajuste de Longitud del Cable).- se aumenta la longitud de cable en el porcentaje que se ingrese lo que provoca un aumento en la impedancia. Por ejemplo, si la longitud del cable es 200 pies. y la tolerancia es el 5 %, entonces la longitud de cable será 210 pies.

-

Transmission Line Length Adjustment (Ajuste de Longitud de la Línea de Transmisión).- se aumenta la longitud de la línea de transmisión en el porcentaje que se ingrese lo que causa un aumento de la impedancia. Por ejemplo, si la longitud de la línea de transmisión es 2 millas y la tolerancia es el 2.5 %, entonces la longitud de línea de transmisión ajustada usada es 2.05 millas.

Resistance Temperature Correction (Corrección de Resistencia por Temperatura): Este grupo permite considerar la corrección de resistencia basada en la temperatura máxima de funcionamiento del cable y requisitos de la línea de transmisión. -

Temperature Correction for Cable Resistance (Corrección de Resistencia del Cable por Temperatura).- este ajuste es aplicado a la resistencia del cable, esta es ajustada basándose en la temperatura máxima de funcionamiento.

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-

Temperature Correction for Transmission Line Resistance (Corrección Resistencia de Línea de Transmisión por Temperatura).- este ajuste es aplicado a la resistencia de la línea de transmisión, esta es ajustada basándose en la temperatura máxima de funcionamiento.

La última opción es la de alarma y es usada para especificar todas las alertas de un sistema, esto incluye sobrecarga los dispositivos de protección, barras, transformadores, cables, líneas, paneles, sistemas de corriente continua, reactancias, generadores y rejillas de poder.

Figura III.7: Ventana de Caso de Flujo de Carga (alarma).

Alertas Critical or Marginal (Extremas y Menores): Hay dos tipos de alertas: -

Critical (Extrema).- si se activa esta alarma, aparecerá la ventana de “Alert View” (Visor de Alertas) y el elemento en falla del sistema aparecerá de color rojo

-

Marginal (Menor).- si se activa esta alarma significa que se ha producido una sobrecarga en una parte del sistema y este aparecerá de color violeta.

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Loading (Carga): En este recuadro se deben seleccionar los niveles en porcentaje a los cuales se desea que el programa considere que el componente esta en un estado anormal, tales como sobrecarga para la barra, cable, línea, reactancia, transformador, panel, generador y los dispositivos de protección. Se detallan a continuación.

Tabla III.1: Dispositivos de Protección. Dispositivos Protectores

Parámetros monitoreados

Condición a reportar

Disyuntor de alto voltaje

Corriente continua nominal

sobrecarga

Disyuntor de bajo voltaje

Corriente continua nominal

sobrecarga

Fusibles

Corriente nominal

sobrecarga

Contactores

Corriente continua nominal

sobrecarga

Interruptores SPDT/SPST

Corriente continua nominal

sobrecarga

Bus Voltage Alerts (Alerta del Voltaje de Barra): En esta seccion se espifica en porcentage los niveles en los que se considera en falla para sobre voltaje y bajo voltaje.

Generator/Power Grid Excitation Alerts (Alerta del Gererador/Rejilla de Poder): En esta seccion se debe especificar, en porcentage, la potencia ractiva máxima y mínima que deben inyectar los generadores y rejillas de poder.

Auto Display (Demostración Automática): Si esta opcion es activada se abrira automaticamente la ventana “Alert view” (Visor de Alertas) despues de ejecutar el estudio de flujo de carga.

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III.2.2. Display Options (Ventana de Opciones).

Figura III.8: Icono que abrirá la Ventana de Opciones.

La ventana que se despliega al opromir el icono “Display Options” (Ventana de Opciones) es la que se observa al costado izquierdo. En este cuadro se ajustan los resultados, las configuraciones AC, AC-DC y los colores.

Figura III.8: Ventana de Opciones.

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Voltage (Voltaje): En esta opción se puede seleccionar si se desea ver en pantalla “Bus Mag” (Magnitud de Barra), “Bus Angle” (Ángulo de la Barra) y “Load Term. Mag.” (Magnitud de carga en terminales “ya sea de motores o cargas estaticas”), ya sea en %, kV y V. Load Term. Base kV (Término de Carga. Base kV): Esta opción permite seleccionar en kV si se decea ver el “Load Rated kV” (Voltaje Nominal de la Carga) o el “Bus Nom. kV” (Voltaje Nominal de la Barra). Voltage drop (Disminucion de Voltaje): Esta sección tiene dos opciones: “Line/Cable” (Línea/Cable) que muestra la disminucion de voltaje por las lineas o cables y “Load FDR” (Carga FDR) que muestra la disminucion del voltage de alimentacion a la carga

Panel/UPS Systems (Sistemas de Panel/UPS)

Results (Resultados): Esta opción activa lavisualizacion de los resultados en el diagrama unilineal.

Average Values (Valores Efectivo): Con esta opción se mostraran los valores efectivos de corriente, voltaje y potencia en el diagrama unilineal.

All Phases (Todas las Fases): Con esta opción se mostraran los valores de fase individuales de corriente, voltaje y potencia para las fases A, B, y C, en el diagrama unilineal.

Power Flows (Flujos de Potencia): Con esta opción se establece bajo que unidades se desea visualizar el Flujo de Carga ya sea en: kW + jkVAr, kVA, A, y fp.

Flow Results (Resultados del Flujo): Al seleccionar cada una de las opciones, a estas se les mostraran sus datos en pantalla, “Branch” (Rama), “Source” (Fuente), “Load” (Carga), “Composite Motor” (Motor Compuesto) y “Composite Network” (Red Compuesta).

101

Branch Losses (Pérdidas de Rama): Al seleccionar esta opción se mostraran las perdidas de las líneas ya sea en [kW+jkVAr] o [MW+JMVAr].

Meters (Medidores): Se pueden escoger los elementos de medición que se implementaran en el sistema ya sea un amperímetro, un voltímetro o un multímetro. Con este último se registraran el voltaje de barra, la corriente de rama, el flujo de potencia, el factor potencia, y la frecuencia.

En esta opción de corriente alterna incluye todos los elementos e información que se pueden incorporar en el diagrama unilineal.

Los tipos de dispositivo que se pueden seleccionar son: Generador, Barra de

poder,

Motor,

Carga,

Panel,

Transformador, Rama, barra, Nodo, CB, Fusible, Relé, Cable, Línea, Interruptor, Nodo, PT y CT.

Figura III.9: Ventana de Opciones.

-

ID (Identificación):.- al seleccionar esta opción se mostraran los ID de los elementos de corriente alterna seleccionados sobre el diagrama unilineal.

-

Rating (Rango).- al seleccionar esta opción se mostrara la unidad del elemento de corriente alterna seleccionada sobre el diagrama unilineal.

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-

Kv.- al seleccionar esta opción se mostraran los voltajes nominales de los elementos de corriente alterna seleccionados sobre el diagrama unilineal. En el caso de los transformadores se mostrara el %TAP y para las líneas o cables su tamaño. Longitud y tipo.

-

A.- al seleccionar esta opción se mostrara la corriente (continua o de plena carga) de los elementos de corriente alterna seleccionados sobre el diagrama unilineal.

-

Z.- al seleccionar esta opción se mostrará la impedancia nominal de los elementos de corriente alterna seleccionada sobre el diagrama unilineal.

-

d-y.- al seleccionar esta opción se mostraran los tipos de conexión de los elementos de corriente alterna seleccionados sobre el diagrama unilineal. En esta opción de “AC/DC” (Corriente Alterna/Corriente Continua) incluye todos los elementos e información que se pueden incorporar en el diagrama.

En AC/DC los tipos de dispositivo que se pueden seleccionar son: cargador, inversor, UPS, VFD.

En DC los tipos de dispositivo que se pueden seleccionar son: Batería, Motor,

Carga,

CSD

Compuesto,

Conversor, Barra, Nodo, CB, Fusible, Interruptor, Cable y Rama.

Figura III.10: Ventana de Opciones.

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-

ID (Identificación).- al seleccionar esta opción se mostrarán los IDs de los elementos de AC/DC seleccionados sobre el diagrama unilineal.

-

Rating (Rango).- al seleccionar esta opción se mostrarán los rangos de los elementos de AC/DC seleccionados sobre el diagrama unilineal.

-

kV.- al seleccionar esta opción se mostraran los voltajes nominales de los elementos de corriente alterna seleccionados sobre el diagrama unilineal. En el caso de los transformadores se mostrará el %TAP y para las líneas o cables su tamaño. Longitud y tipo.

-

A.- al seleccionar esta opción se mostrará la corriente de los elementos de AC/DC seleccionados sobre el diagrama unilineal.

En la opción “Colors” (Colores) se puede asignar un color específico tanto a los temas como a las anotaciones que se inserten, para así poder establecer algún tipo de orden en el caso de que se tratase de un sistema complejo.

Figura III.11: Ventana de Opciones.

104

Theme (Tema): al oprimir sobre esta barra se abrirá otra ventana de opciones en la que se puede asignar color a una amplia gama de opciones, tanto a especificar si está o no energizado el sistema, como a los diferentes componentes del diagrama y situaciones especificas como un alerta.

Figura III.12: Editor de Tema.

Annotations (Anotaciones): Esta sección permite asignar colores a los elementos DC, AC, elementos compuestos y resultados. Teniendo una opción para establecer color global y otra para personalizar cada uno de los elementos.

105

III.3 Métodos de Cálculo ETAP proporciona tres métodos de cálculo de flujo de carga: Newton-Raphson, Newton-Raphson desacoplado-rápido, y Gauss-Seidel Acelerado. Estos poseen diferentes características de convergencia, y a veces un método es más favorable en términos de alcanzar el mejor resultado. Solo hay que seleccionar cualquiera de ellos dependiendo de la configuración del sistema, generación, condición de carga, y los voltajes iniciales de barra.

Método de Newton-Raphson Este método formula y soluciona iterativamente la siguiente ecuación de Flujo de Carga:

(III.1)

Donde: P: vector de potencia real consumida por la barra. Q: vector de potencia reactiva consumida por la barra. V: vector de magnitud del voltaje de la barra. δ: ángulo de la tensión de barra. J1 a J4: matriz jacobiana de admitancias. Este Método de Newton-Raphson posee una característica de convergencia cuadrática única. Además posee una velocidad de convergencia muy rápida comparada con otros métodos de cálculo de flujo de carga. También tiene la ventaja que los criterios de convergencia especificados aseguran la convergencia para encontrar potencia real de barra y desajustes por potencia reactiva asegurando la exactitud del resultado. Los criterios de convergencia para el Método de Newton-Raphson típicamente son de 0.001 MW y MVAr.

106

Método Newton-Raphson Fast-Decoupled (Desacoplado-Rápido)

Este es sacado del Método de Newton-Raphson, solo que se toma en cuenta la característica inherente de cualquier sistema eléctrico de potencia, donde la reactancia de la línea es mucho mayor que la resistencia, ósea: -

Un cambio en la potencia activa en una barra cualquiera, tiene una directa relación con la variación en la fase de la tensión y tiene poco efecto sobre la magnitud de la tensión.

-

Un cambio en la potencia reactiva en una barra cualquiera, tiene una directa relación con la variación de la magnitud de la tensión y tiene poco efecto sobre la fase de la tensión.

Así la ecuación de flujo de carga del Método de Newton-Raphson puede ser simplificada en dos juegos desacoplados separados de las ecuaciones de flujo de carga, que pueden ser solucionadas iterativamente:

(III.2)

El método desacoplado-rápido reduce la información a almacenar en la memoria del computador aproximadamente a la mitad, comparada con el método de Newton-Raphson. Y debido a que la matriz Jacobiana es constante el tiempo requerido para su solución se reduce a la mitad. . Los criterios de convergencia para este método típicamente son de 0.001 MW y Mvar. Aunque para el número de iteraciones no sea tan exacto como el Método de Newton-Raphson, el ahorro en el tiempo de ordenador y los favorables criterios de convergencia hace de este método bastante conveniente a la hora de requerir una rápida aproximación. Se recomienda utilizarlo si el método de Newton-Raphson ha fallado con sistemas radiales o sistemas que tienen larga líneas de transmisión o cables.

107

Método de Gauss-Seidel Accelerated (Acelerado) Sistema de ecuación de voltaje nodal:

(III.3)

El Método de Gauss-Seidel Acelerado encuentra la solución iterando la siguiente ecuación de flujo de carga:

(III.4)

Donde: P: vector de potencia real consumida por la barra. Q: vector de potencia reactiva consumida por la barra. V: vector del voltaje de la barra. Y’bus: matriz de entrada del sistema. Y*: matriz de entrada del sistema conjugada. V*: vector del voltaje de la barra conjugada. VT: matriz del voltaje transpuesta.

El Método de Gauss-Seidel Acelerado tiene exigencias relativamente inferiores de los valores de voltaje iniciales de barra comparadas al Método de Newton-Raphson y el Método desacoplado-rápido. En vez de usar la potencia real de barra y el desajuste de potencia reactiva como criterios de convergencia, el Método de Gauss-Seidel Acelerado comprueba la tolerancia de la magnitud del voltaje de barra entre dos iteraciones consecutivas para controlar la precisión de solución. El valor típico para la precisión de la magnitud de voltaje de barra es puesto a 0.000001 pu. Todo depende de los valores iníciales que sean utilizados. La gama para el factor de aceleración está entre 1.2 y 1.7, y típicamente es puesta a 1.45.

108

III.4. Creación de un modelo de prueba.

III.4.1 Datos necesarios para los componentes del sistema.

A continuación se mencionan los datos necesarios para cada uno de los componentes del sistema para poder realizar un Estudio de Flujo de Carga:

Datos de Barra.  kV nominal.  %V y el ángulo.  el Factor de diversidad de la carga (cuando la opción Factor de Diversidad es seleccionada)

Datos de Rama. Estos datos son ingresados en cada uno de los siguientes elementos: transformadores, líneas de transmisión, cables, reactancias, impedancias, etc.  la Z de Rama, la R, X, o valores de X/R y unidades, tolerancia, y la temperatura, de ser necesaria.  la longitud y la unidad en el Cable y la línea de transmisión.  En el Transformador kV y kVA/MVA nominal, tap, y ajustes LTC.  la Impedancia base kV y base de kVA o MVA.

Datos del Generador Sincrónicos.  Modo de operación (oscilación, control de voltaje, o control de MVAr).  kV nominal.  %V y el ángulo para la opción de oscilación en el modo de operación.  %V, carga en MW, los límites (Qmax y Qmin) en MVAr para el modo de control de voltaje.  carga en MW y MVAr, y limites en MVAr en el modo de control.  Carga en MW y fp, y límites de MVAr para el modo de control de fp.

109

NOTA: Los límites de (Qmax y Qmin) en MVAr pueden ser calculados de la curva de capacidad. Los datos requeridos adicionales para este cálculo incluyen:  Todos los datos están en la pagina “Capability” (capacidad).  reactancia Sincrónica (Xd).

Datos de la Carga Estática.  ID (identificación) de la Carga Estática.  kVA/MVA nominal y kV.  Factor de potencia.  % de carga para una categoría de carga deseada.  Cableado.

Datos de la Carga Capacitiva del Condensador.  ID (identificación) del Condensador.  kV nominal, kvar/banco, y el número de bancos.  % de carga para una categoría de carga deseada.  Cableado.

110

III.4.2. Construcción del modelo de análisis del flujo de carga. Ahora que ya se conocen que datos son necesarios a ingresar en los elementos que se pudiesen utilizar en un análisis de Flujo de Carga, se procederá a crear un modelo de prueba para el estudio a modo de ejemplo, además como ya se indicó en el capítulo anterior cómo crear un modelo básico, solo se centrará este estudio y cálculo de flujo de Carga. En el ejemplo en el uso del software ETAP se presenta un sistema de prueba que consta de 2 niveles de tensión 115 y 34,5 (kV) en el cual se agregan cargas capacitivas, que inyectan reactivos a la red para así mejorar la regulación de tensión.

Figura III.13: Sistema de Flujo de Potencia a ensayar.

111

A continuación se presentan las tablas que contienen los datos que se ingresaron en los respectivos elementos del sistema en estudio.

Tabla III.2: Datos básicos del transformador de dos devanados. Transformador de 2 devanados Barra inicio Bus 5 (115 kV)

Barra fin Bus 6 (34.5 kV)

Potencia nominal (MVA)

conexión

100

Dy1

Los valores de impedancia deben ser completados con valores típicos:

Figura III.14: Ajustes de Rating (Rango) de impedancia.

Al completar las tensiones del transformador automáticamente se ajustan todas las tensiones de los otros elementos involucrados con este.

Tabla III.3: Datos básicos de los generadores. Generadores Barra

Tipo

Potencia nominal (MVA)

Factor de potencia

Barra 1 Barra 3 Barra 5

Swing Voltaje control Voltaje control

700 210 210

1 0,97 ind. 0,97 ind.

La velocidad para todos los generadores será de 1800 (RPM) y la cantidad de polos será 4. 112

Tabla III.4: Datos básicos de las cargas.

Cargas Barra

Compensador shunt (MVAr)

Barra 1 Barra 2 Barra 3 Barra 4 Barra 5 Barra 6

0 50 100 100 0 10

Carga (MW) 0 400 25 400 100 50

Carga (MVAr) 0 200 5 200 50 7.5

Tabla III.5: Datos básicos de las líneas. Líneas Barra inicio Barra 1 Barra 1 Barra 2 Barra 1 Barra 4 Barra 2

Barra fin Barra 2 Barra 3 Barra 3 Barra 4 Barra 5 Barra 5

Potencia nominal (MVA) 100 100 100 100 100 100

Longitud (Km) 1 1 1 1 1 1

r x (ohm/Km) (ohm/Km) 2,645 5,29 1,322 3,967 1,653 3,306 2,645 5,29 1,322 3,967 1,653 3,306

R-T1

R-T2

2,82 1,63 1,74 2,82 1,63 1,74

2,82 1,63 1,74 2,82 1,63 1,74

NOTA: R-T1 y R-T2 corresponden a las resistencias por la temperatura maxima y minima respectivamente ya que esta varia con los cambios de temperatura.

Una vez finalizada la insercion de datos el los respectivos elementos del sistema se debe presiornar el icono “Run Load Flow” (Correr Flujo de Carga) , de existir algun error o falta de algun dato, esto será mostrado por el programa, en una pantalla que indica un código y origen del error, de lo contrario se ejecutará el estudio de Flujo de Carga.

113

Figura III.15: Icono que iniciará el estudio de Flujo de Carga.

III.5. Análisis de resultados del Flujo de Carga. Al presionar el icono

aparecerá el diceño creado, indicando los Flujos de Carga

y la regulación de tensión en las respectivas barras de color rojo como se observa a continuacion.

Figura III.16: Sistema con el estudio de Flujo de Carga ejecutado. 114

Esta forma de visualización permite realizar un análisis a simple vista del Flujo de Potencia, además se observa que la barra 1 la cual se fijo como referencia, posee una regulación de tensión del 100% y decae en el resto de las barras, incluso en algunas como por ejemplo en la barra 6 la cual lo hace hasta un 93.86%, esto es debido a que solo nos centraremos en observar, la aplicación de flujo de carga y no en dimensionar correctamente las líneas.

Además de los resultados que aparecen en el diagrama unilineal se pueden generar análisis e informes sobre el estudio de Flujo de Carga, que entregarán datos más específicos sobre el sistema en estudio. Se debe hacer clic sobe el icono que se muestra a continuación para que aparezca en pantalla el cuadro de “Load Flow Result Analizar” (Análisis de Resultados de Flujo de Carga).

Figura III.17: Icono que iniciará el Análisis de Resultado de Flujo de Carga. Al desplegarse esta ventana se observa “General Info” (Información General) del sistema, datos como: identificación, factor diversidad, cantidad de elementos, cargas totales en MW y MVA.

115

Figura III.18: Análisis de Resultado Flujo de Carga “Información General”. En la siguiente ventana, “Bus Results” (Resultados de las Barras) se pueden encontrar todos los datos relacionados con las barras, como por ejemplo: identificación de las barras con sus respectivos voltajes, regulación de tensión, carga en MW y MVAr, corriente, tipo de barra, etc. Diferenciando además los alarmas de color rojo, las graves, y de color purpura, las menores, que en este caso son debido a el bajo índice de regulación de tensión, pudiendo variar los índices de sobre voltaje y bajo voltaje en %.

116

Figura III.19: Análisis de Resultado Flujo de Carga “Resultados de las Barras”. En la siguiente ventana, “Branch Results” (Resultados de las Ramas) se pueden encontrar todos los datos relacionados con las ramas, pudiendo seleccionar que elementos considerar en el “resumen”, ya sean: transformadores, cables, líneas, reactancias, impedancias y cableado. A los cuales se les analizara por : tipo, rango, carga en MW y MVAr, corriente, % de pérdidas, pérdidas en MW y MVAr, y disminución de voltaje al cual además se le clasificará de color rojo, las alarmas criticas, y de color purpura, las alarmas menores, pudiendo variar los índices de disminución de voltaje.

117

Figura III.20: Análisis de Resultado Flujo de Carga “Resultados de Rama”. En la siguiente ventana, “Loads” (Cargas) se pueden encontrar todos los datos relacionados con las cargas, pudiendo seleccionar que elementos considerar en el resumen, ya sean: motores de inducción o sincrónicos, agrupadas, estáticas, MOV, capacitivas, SVC, y filtros. A los cuales se les analizará por: tipo, rango, tensión en kV, corriente, cargas en MW y MVAr, factor de potencia, % de carga. Diferenciando además los alarmas de color rojo, las graves, y de color purpura, las menores, pudiendo variar los índices de sobre voltaje y bajo voltaje en %.

118

Figura III.21: Análisis de Resultado Flujo de Carga “Cargas”. En esta última ventana, “Sources” (Fuentes) se pueden encontrar todos los datos relacionados con las fuentes de poder, pudiendo seleccionar el tipo de fuente, ya sean la red eléctrica, generadores sincrónicos, o turbinas eólicas. A los cuales se les analizara por: tipo, rango, tensión en kV, corriente, cargas en MW y MVAr, factor de potencia, % de carga. Diferenciando además las alarmas, definiendo de color rojo, las graves, y de color purpura, las menores, pudiendo variar los índices de sobre voltaje y bajo voltaje en %.

119

Figura III.22: Análisis de Resultado Flujo de Carga “Fuentes”.

III.6. Director de Reporte. Otra opción que entrega el programa es generar informes, esto se realiza en la barra “Study Case” (Caso en Estudio), específicamente en la opción “Report Manager” (Director de Informes), en la cual al hacer clic se desprende un listado de opciones de los cuales se pueden realizar informes como por ejemplo: ajustes, alertas completas, alertas criticas, alertas menores, carga de ramas, rama, carga de barra, barra, cable, o informe completo.

Estos informes se desplegaran inmediatamente en la pantalla en el formato que se halla seleccionado anteriormente en la ventana de “Load Flow Report Manager” (Director de Informe de Flujo de Carga) en cualquiera de los formatos disponibles, ya sea en: viewer, PDF, MS Word, Rich Text Format, MS Exel o Set As Default.

120

Figura III.23: Barra de Caso de Estudio.

Se pueden generar informes o reportes con distinto nivel de detalle para continuar con el estudio de la información obtenida. Dado que existen variados niveles de detalle y formatos de salida de la información, se presenta a continuación a modo de ejemplo un informe a nivel completo (Complete). Este informe muestra un resumen muy general del sistema sin ahondar en cifras o resultados del análisis, sino que más bien en indicar datos constructivos del sistema.

121

Figura III.24: Informe Completo. Por último, encontramos la opción de informe de “Alert-Report” (Informe de Alertas) la cual entrega el detalle de las barras con algún grado de cuidado ya sea de estado crítico o de estado menor.

122

Figura III.25: Alerta Completa.

Este tipo de informe es conveniente para ser incluido en estudios de sistemas ya que entregan un resumen con todo lo que se necesita conocer de un sistema de potencia y de su respectivo estudio de Flujo de Carga, de forma cómoda y ordenada, además de ser amigable para el usuario. 123

Capítulo IV

Análisis de Cortocircuito con ETAP

IV.1. Introducción al Análisis de Cortocircuito en Sistemas de Potencia.

Cuando se habla de un análisis de cortocircuito, se debe señalar que éste análisis tiene como principales objetivos dos aspectos básicos, que son: la determinación de esfuerzos mecánicos para la calibración de interruptores y protecciones, por medio de las corrientes de falla, y establecer los ajustes y dimensiones de los elementos de protección que deberán ser capaces de soportar y aislar los elementos del sistema, cuando éste se encuentre en condición anormal de funcionamiento. Tales corrientes de falla producen esfuerzos térmicos y mecánicos en los elementos del sistema que pueden inhabilitarlo completamente, por tal efecto es imprescindible que los resultados de un análisis de cortocircuito determinen la mejor selectividad y sensibilidad de las protecciones, con el fin de aislar la parte del sistema que se encuentra en condición de falla. Desde el punto de vista eléctrico, un cortocircuito es la conexión accidental o intencionada, mediante una resistencia o impedancia relativamente baja, de dos o más puntos de un circuito que está operando en condiciones normales a voltajes diferentes. Un cortocircuito origina aumentos bruscos en las corrientes que circulan por el sistema, ocasionando daños al equipamiento existente. Algunos de los incidentes más graves por cortocircuitos en la red eléctrica son debidos a la caída de un rayo en una línea de transmisión, el incendio de un transformador o la inundación de una subestación.

ETAP incorpora la posibilidad de efectuar estudios de cortocircuito “trifásico”, “monofásico a tierra”, “bibásico” y “bibásico a tierra”, basando su procedimiento de cálculo en los estándares internacionales actualizados ANSI/IEEE y IEC. Posee la

124

posibilidad de ejecutar cálculos de corrientes totales de cortocircuito, así como, los aportes individuales de motores y generadores que contribuyen a la falla.

IV.2. Configuración básica de un estudio de Cortocircuito en ETAP

En las imágenes IV.1 y IV.2 se observa la ventana de selección del estándar que se desea utilizar para el estudio de cortocircuito y las opciones que entrega cada estándar para el desarrollo del cálculo respectivo.

Figura IV.1: Pestaña de selección de análisis y opciones según ANSI.

125

Figura IV.2: Pestaña de selección de análisis y opciones según IEC. De la selección anterior, ETAP ofrecerá diversas alternativas de cálculo según el estándar a utilizar, siendo en concreto, dos barras de herramientas diferentes según el estándar seleccionado. La primera según el estándar ANSI/IEEE que se muestra en la figura IV.3 y que ofrece la posibilidad de realizar estudios de cortocircuito en redes de ½ ciclo, 1.5 a 4 ciclos y 30 ciclos. Y la segunda barra que se muestra en la figura IV.4, según el estándar IEC, que ofrece la posibilidad de realizar estudios de cortocircuito en régimen transiente, además del estudio de cortocircuito trifásico típico. La descripción de cada barra de herramientas para el análisis de cortocircuito se muestra a continuación.

126

IV.2.1. Descripción de la Barra de Herramientas según estándar ANSI/IEEE.

Figura IV.3: Barra de herramientas de coci. Según estándar ANSI/IEEE.

1. ANSI/IEEE: Estándar bajo el cual se llevará a cabo el estudio de cortocircuito.

2. 3-Phase Faults - Device Duty (dispositivo de falla trifásica): Se ejecutará un estudio de cortocircuito trifásico bajo la norma ANSI C37. Este estudio calculará las corrientes de cortocircuito trifásico eficaces momentáneas simétricas y asimétricas, además de las corrientes de cortocircuito RMS simétricas en las barras. Comprueba además los dispositivos de protección para ajustar su capacidad de interrupción de la corriente de falla.

127

3. Panel/UPS/ 1-Ph System Device Duty (dispositivos de sistemas de servicio 1ø/Panel/UPS): Se ejecutará un análisis de cortocircuito bajo la normativa ANSI, para las partes del sistema que estén por debajo de una UPS, un Panel Principal o un Adaptador de Fase. Estos subsistemas son con frecuencia monofásicos, pero pueden existir componentes trifásicas a continuación de un Panel Principal o a continuación de una UPS trifásica. 4. LG, LL, LLG, & 3-Phase Faults - ½ Cycle (Max. Short-Circuit Current): Se refiere a fallas del tipo línea - tierra, línea – línea, línea – línea – tierra y fallas trifásicas de medio ciclo, es decir, la máxima corriente de cortocircuito. Este estudio se efectúa bajo estándares ANSI y calcula las corrientes de medio ciclo en sus valores eficaces en las barras cortocircuitadas. 5. LG, LL, LLG, & 3-Phase Faults - 1.5 to 4 Cycle: Este icono hace referencia a fallas del tipo línea – tierra, línea – línea, línea- línea- tierra y fallas trifásicas entre 1.5 y 4 ciclos. 6. LG, LL, LLG, & 3-Phase Faults - 30 Cycle (Min. Short-Circuit Current): Este icono hace referencia a fallas del tipo línea – tierra, línea – línea, línea- línea- tierra y fallas trifásicas de 30 ciclos, calculando las corrientes de cortocircuito en las barras falladas. Estas corrientes corresponderán a las mínimas corrientes de cortocircuito. 7. Arc Flash Hazard Calculation: Corresponde a un estudio de riesgo de exposición al arco eléctrico según la normativa NFPA 70E o IEEE 1584. Mediante las corrientes de cortocircuito trifásico se calcula la energía incidente basadas en la normativa ANSI. 8. Short-Circuit Display Options: Esta opción entrega las visualizaciones de los resultados de los cortocircuitos incluyendo el cortocircuito trifásico y fallas desbalanceadas, además de los resultados del análisis de arco eléctrico. 9. Alert View: (Vistas de alertas). En esta sección se señalan las posibles violaciones marginales o criticas en los dispositivos, sobre la base de la configuración en el Caso de Estudio.

128

10. Short-Circuit Report Manager: (Administrador de informes de cortocircuito). Esta opción hace referencia al estudio de los resultados y las distintas maneras de desplegar la información en formatos de informes diferentes.

IV.2.2. Descripción de la Barra de Herramientas según estándar IEC.

Figura IV.4: Barra de herramientas de coci. Según estándar IEC. 1. IEC: Estándar bajo el cual se llevara a cabo el estudio de cortocircuito.

2. 3-Phase Faults - Device Duty (IEC60909): (Dispositivo de falla trifásico). Hace referencia al estudio de las fallas trifásicas según la normativa IEC 60909. Este estudio calcula las corrientes iniciales simétricas eficaces, peak, corrientes de ruptura simétricas y asimétricas en sus valores RMS y corrientes de cortocircuito en régimen permanente en sus valores RMS. Además comprueba los dispositivos de protección y sus capacidades ante una falla trifásica.

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3. Panel/UPS 1-Ph System Device Duty (IEC 60909): Se ejecutará un análisis de cortocircuito bajo la normativa IEC 60909, para las partes del sistema que estén por debajo de una UPS, un Panel Principal o un Adaptador de Fase. Estos subsistemas son con frecuencia 1ø, pero pueden existir componentes trifásicos a continuación de un Panel Principal o a continuación de una UPS trifásica. 4. LG, LL, LLG, & 3-Phase Faults (IEC 60909): Este icono hace referencia al estudio de fallas de línea a tierra, entre líneas, entre líneas y tierra y fallas trifásicas, bajo la normativa IEC 60909. Este estudio calculará las corrientes simétricas en sus valores RMS, peak, corrientes de ruptura simétricas en sus valores RMS y corrientes de cortocircuito en régimen permanente en sus valores RMS en las barras en condición de falla. 5. 3-Phase Faults - Transient Study (IEC 61363): Este estudio hace referencia al cálculo de las Corrientes de falla trifásica bajo el estándar IEC 61363. Calcula los valores instantáneos de la corriente real de cortocircuito, DC offset, sobre la corriente de cortocircuito, la componente de CA, el desplazamiento DC en porcentaje del total del cortocircuito en las barras en condición de falla. Los resultados se tabulan como una función del tiempo. 6. Short-Circuit Display Options: Este cuadro de diálogo contiene las opciones para el estudio bajo la normativa IEC, los resultados del estudio de cortocircuito y los parámetros asociados a los dispositivos.

7. Arc Flash Hazard Calculation: Corresponde a un estudio de riesgo de exposición al arco eléctrico según la normativa NFPA 70E o IEEE 1584. Mediante las corrientes de cortocircuito trifásico se calcula la energía incidente basadas en la normativa IEC. 8. Alert View: (Vista de Alertas). En esta sección se señalan las posibles violaciones marginales o criticas en los dispositivos, sobre la base de la configuración en el Caso de Estudio.

130

9. Short-Circuit Report Manager: (Administrador de informes de cortocircuito). Esta opción hace referencia al estudio de los resultados y las distintas maneras de desplegar la información en formatos de informes diferentes. 10. Short Circuit Plots: Esta opción abre una ventana de selección de dibujo según la normativa IEC 61363 como la que se muestra en la figura IV.5.

Figura IV.5: Ventana de selección de opciones de dibujo.

IV.3. Editor General de Caso de Estudio.

El Editor General de Caso de Estudio contiene variables de solución de control, selección fallas de barra, y opciones para la selección de los informes de salida. ETAP permite crear y guardar un número ilimitado de casos de estudio. Los

cálculos de

cortocircuito se llevan a cabo y son documentadas de acuerdo con los ajustes del caso de estudio determinado por el usuario en la barra de herramientas. También se puede cambiar fácilmente entre los casos de estudio sin restablecer las opciones de estudio de caso cada vez. Esta característica está diseñada para organizar los esfuerzos de estudio y ahorrar tiempo.

131

Al editor de Caso de Estudio de Cortocircuito se puede acceder desde la barra de herramientas de Caso de Estudio, haciendo clic en el botón de “Study Case” (Caso de Estudio). También puede acceder a este editor desde la ventana del proyecto haciendo clic en la carpeta de “Estudio de caso de cortocircuito” como se muestra en la figura IV.6.

Figura IV.6: Selección de Caso de Estudio de Cortocircuito.

132

IV.4. Ventana de Caso de Estudio de Cortocircuito.

Figura IV.7: Ventana de Caso de Estudio de Cortocircuito. En esta ventana se encuentran las opciones de configuración para un estudio de cortocircuito resumidas en cinco pestañas: “Info” (información), “Standard” (estándar), “Arc Flash” (arco eléctrico), “Adjustment” (ajuste) y “Alert” (alerta). Cada una de estas pestañas incorpora distintas opciones que el usuario debe completar según sea la necesidad del estudio. A continuación se detallan cada una de dichas pestañas.

IV.4.1. Pestaña de información (Info).

 Study Case ID: Nombre del estudio (hasta 12 caracteres).  Transformer Tap: Información referente al tap del transformador. -

Adjustment Base kV (ajuste base kV).- las tensiones base de las barras se calculan utilizando la relación de transformación del transformador. 133

-

Use Nominal Tap (uso del tap nominal).- se calculan las tensiones base utilizando la relación de giro del transformador. Todos los ajustes fuera de los valores nominales son ignorados y las impedancias de los transformadores no se ajustan.

 Calc. Load Term SC.: Calculará la corriente de cortocircuito en los terminales de las cargas. El análisis de falla se realiza en los terminales de los motores de inducción, motores sincrónicos, cargas estáticas y condensadores.  Panel/UPS/1Ph Subsystem: ETAP permite llevar a cabo evaluaciones de cortocircuito de dispositivos de servicio como: Panel, UPS y 1-phase. La página de información tiene tres opciones que permiten seleccionar el tipo de subsistema a incluir en el cálculo.  Cable/OL Heater: Esta opción verifica las impedancias de cables y la sobrecarga admisible.  Report: Opciones del informe de salida.  Motor Contribution Based on: Esta opción se selecciona para incluir las contribuciones de los motores a la falla. -

Motor status.- se habilitara la contribución a la falla por parte de los motores que se encuentren en estado de funcionamiento permanente o intermitente.

-

Loading Category.- se habilita la contribución a la falla por parte de los motores que se encuentre categorizados con carga conectada.

-

Both.- se habilita la contribución a la falla de aquellos motores que se encuentren conectados y categorizados con carga conectada solamente.

134

 Bus Selection: ETAP tiene la particularidad de determinar fallas en una o varias barras simultáneamente. Sin embargo, al iniciar un estudio de cortocircuito por primera vez, la opción predefinida será de “DonFaul”, esto quiere decir que ninguna de las barras estará en condición de falla. Para incluir fallas en una o varias barras se debe seleccionar tal opción.  Study Remarks: Cualquier nota importante se adjunta en esta opción, la cual será impresa en la segunda hoja del informe de fallos. IV.4.2. Pestaña de “Estandar” (Standard).

Esta pestaña habilitará diferentes opciones según sea el estándar seleccionado según se señala en la sección IV.2. Figura IV.1 y IV.2.

Opciones según Estándar ANSI.  Prefault Voltage (voltaje pre falla): Para esta sección se tienen dos diferentes alternativas de selección: -

Fixed Prefault Voltage.- Esta opción permite especificar un voltaje de pre falla fija para todas las barras en condición de fallas.

-

Variable Prefault Voltage.- Si se seleccionan los kV nominales (en el editor de barra) en la opción de pre-falla de tensión, ETAP utilizará la tensión de entrada de la barra en el Editor de Barra para la tensión prefalla de las barras con fallas.

 Machine X/R - ANSI Standard: La relación X/R fija o variable afectará solamente a los interruptores de poder al enfrentar un cortocircuito entre los 1.5 y 4 ciclos.  HV CB Interrupting Capability- ANSI Standard: Según la normativa ANSI la capacidad de interrupción de un interruptor de poder, corresponde los kV máximos del interruptor. Cuando se utiliza un interruptor por debajo de este máximo, en realidad su capacidad de interrupción es más alta que la capacidad nominal en kA. 135

-

Nominal kV.- con esta opción se asume que los kV nominales de la barra a la que está conectado el interruptor de poder, es el voltaje de funcionamiento, por ende el interruptor se ajusta a este valor.

-

Nominal kV y Vf.- con esta opción el voltaje de funcionamiento del interruptor se calcula multiplicando la tensión pre falla con los kV nominales de la barra en donde está conectado el interruptor.

 Protective Device Duty: En esta sección se puede optar por utilizar la falla en la barra o la corriente máxima por el dispositivo de protección. -

Based on Total Bus Faul Current.- con esta opción se utiliza la corriente total de falla para compararla con la especificación del dispositivo de protección.

-

Based on Maximum Througt Faul Current.- compara la especificación del dispositivo de protección con la corriente máxima de falla.

-

C37.010 – 1999.- calculará el “factor S” (explicado en la sección IV.5.1) del interruptor de poder en función del tiempo de apertura del mismo. En el cálculo del “factor S”, el tiempo estándar constante para el componente de DC se especifica en las normas ANSI, y será de 45 (ms) para interruptores regulares y de 133 (ms) para el interruptor de un generador.

-

C37.010 – 1979 and older.- el tiempo de separación

de contacto

estándar y el “factor S” correspondiente se utilizan en el cálculo. Estos factores de tiempo se dan en el grupo de alta tensión de desconexión del interruptor de poder.  MF for HV CB & Bus Momentary Duty: Esta opción proporciona la posibilidad de seleccionar un método para calcular los factores de multiplicación utilizados para el cálculo de los valores asimétricos y peak para el interruptor de poder. Se debe tener en cuenta que los valores asimétricos y peak se calculan basándose en la relación simétrica de X / R.

136

 MF for LV CB & (Molded & Insulated) Duty: proporciona opciones para seleccionar el método que se utilizará para el cálculo del factor de multiplicación del interruptor de baja tensión ya sea aislado o interruptor de caja moldeada.

Opciones según Estándar IEC. 

Short Circuit Current (corriente de cortocircuito): Especifica si los valores de corriente de cortocircuito máximos o mínimos que se calculan se basan en la selección. Diferentes “factores c” se utilizan para modificar el voltaje de la fuente. Existen tres opciones disponibles: “Max” (< 1001 V Factor c = 1.10, de 1001 a 35000 V Factor c = 1.10 y > 35000 V Factor c = 1.10), “Factor c definido por el usuario” (< 1001 V Factor c = 0.95 -- 1.10, de 1001 a 35000 V Factor c = 1.00 -- 1.10 y > 35000 V Factor c = 1.00 -- 1.10) y “Mín” (< 1001 V Factor c = 0.95, de 1001 a 35000 V Factor c = 1.00 y > 35000 V Factor c = 1.00).

 Calculation Method (método de cálculo): X/R para corriente “peak”. Define tres métodos de cálculo: -

Método A.- Utiliza una relación X/R uniforme en el cálculo de la corriente “peak”.

-

Método B.- Utiliza la relación X/R en la localización del cortocircuito para la corriente “peak”.

-

Método C.- Utiliza una frecuencia equivalente en el cálculo de la corriente “peak”.

 LVCB Breaking: permite especificar qué capacidad de ruptura de un LV CB (Low Voltaje Circuit Breaker), se utiliza para compararlo contra la falla de corriente calculada. -

Use Ics.- ETAP utilizará la clasificación de la capacidad de corte de cortocircuito en kA, para compararla con la corriente de ruptura calculada según el estándar IEC (909) de cortocircuito.

137

-

Use Icu.- ETAP utilizará la capacidad nominal de corte de cortocircuito máximo en (kA), para compararla con la corriente de ruptura calculada según el estándar IEC (909) de cortocircuito.

 Cmax for Z Adjustment ( 1 kV a 35 kV

1.10

1.00

Alto Voltaje: > 35kV a 230kV

1.10

1.00

Voltaje Nominal

La corriente inicial de cortocircuito simétrico (I"k) se calcula utilizando la siguiente fórmula: (IV.4)

Donde: Un: Tensión nominal del sistema. Zk: Impedancia equivalente desde el punto de falla. C: “Factor c” de corrección de tensión. La corriente de cortocircuito “Peak” (Ip) se calcula utilizando la siguiente fórmula: (IV.5)

Donde: K: Es una función de la relación R/X en el punto de falla. El estándar IEC proporciona tres métodos diferentes para el cálculo del “factor K”.

146

Método A: Relación uniforme R/X. El valor del “factor K” se determina a partir de tomar la relación más pequeña de R / X entre todas las ramas de la red. Método B: Relación R/X en el punto de cortocircuito. El valor del “factor K” se determina multiplicando el “factor K” por un factor de seguridad de 1,15, que cubre los errores causados después de la obtención de la relación R/X de una reducción de la red con impedancias complejas. Método C: Frecuencia equivalente. El valor del “factor K” se calcula utilizando una frecuencia alterada R/X. R/X se calcula a una frecuencia más baja y luego multiplicado por una frecuencia dependiente de un Factor multiplicador. Por último la componente de DC de la corriente de cortocircuito para el tiempo de retardo mínimo de un dispositivo de protección se calcula en base al circuito simétrico de cortocircuito y la relación de sistema X/R según la siguiente fórmula: (IV.6)

Donde: f: Frecuencia del sistema. Tmin: Es el tiempo mínimo del dispositivo protector bajo funcionamiento. X/R: Es el valor del sistema en la barra en condición de falla.

IV.6. Creación de un modelo de prueba.

IV.6.1. Datos necesarios para los elementos del sistema a ensayar.

A continuación se mencionan los datos básicos que se deben incorporar a los elementos que conformaran el diagrama unilineal a ensayar.

147

Datos de barra.  kV nominales.  %V y ángulo.  Factor de diversidad de la carga (cuando la opción Factor de Diversidad esta seleccionada).

Datos de rama. 

Z de Rama, R, X, o valores de X/R, tolerancia y temperatura de ser necesaria.



Longitud y la unidad en el Cable y la línea de transmisión.



la Impedancia base kV y base de kVA/MVA.

Datos del generador sincrónico. 

Modo de operación (oscilación, control de voltaje, o control de MVAr)



kV nominales.



%V y ángulo en el modo de operación de Oscilación.



%V, carga en MW, límites (Qmax y Qmin) en MVAr para el modo de Control de Voltaje.



carga en MW y MVAr, y limites en MVAr en el modo de Control de Voltaje.



Carga en MW y FP, y límites de MVAr para el modo de Control de FP.

Datos del transformador. 

Tensión primaria y secundaria.



Valores de la relación X/R o valores típicos.



Potencia nominal en MVA.



Tap y conexión.



Modo de ventilación.



Tolerancia de Z (de ser necesario).

148

Datos del motor sincrónico.  Conexión (trifásica o monofásica).  Potencia en HP y MVA.  Datos de impedancia. resistencia y reactancias o sus datos típicos.  Inercia de ser necesario.

IV.6.2. Construcción del Modelo de Análisis de Cortocircuito.

Se presenta a continuación un modelo unilineal básico, el cual se ensayará a modo de ejemplo didáctico, un estudio de cortocircuito para comprender el funcionamiento del programa y la correcta forma de ingresar los datos a cada elemento del diagrama. Además se analizarán los posibles errores que pudiesen aparecer durante su construcción.

A continuación se muestra el diagrama Unilineal a ensayar:

Figura IV.8: Diagrama unilineal a ensayar.

Para estudiar el funcionamiento del programa en la resolución de un análisis de cortocircuito, se simulara una falla trifásica en la Barra “C” (Bus C) y se empleará exclusivamente la metodología de cálculo según el estándar internacional ANSI/IEEE. Además, se incorpora un motor sincrónico al final del sistema con el fin de observar su aporte a la falla.

A continuación se presentan los datos de los elementos del sistema:

149

Tabla IV.6: Datos básicos de las barras. Barra

Tensión

Barra 1 Barra 2 Barra 3 Barra 4

10 kV 20 kV 20 kV 5 kV

Tabla IV.7: Datos básicos del generador.

Potencia nominal

Voltaje nominal

Factor de Potencia

25 MVA

10 kV

0,8

Generador

Reactancia sub transiente (X``d) 12,5%

Conexión Yn

Tabla IV.8: Datos básicos de los transformadores. Transformador

Potencia nominal

T1 T2 Reactancia cortocircuito

30 MVA 20 MVA Conexión

10,5% 5%

Yn-Yn Δ-Y

Voltaje primario nominal 10 kV 20 kV

Voltaje secundario nominal 20 kV 5 kV

Tabla IV.9: Datos básicos de la línea.

Línea

Corriente nominal 1 kA

Voltaje nominal

Impedancia

Longitud

20 kV

2+j4 (Ω/Km)

1 Km

Tabla IV.10: Datos básicos del motor sincrónico.

Motor

Potencia HP 350

Potencia MVA 0.305

Voltaje nominal 4.16 KV

Ya abierto el programa y asignado un nombre al sistema en estudio se procede a incorporar todos los elementos a la pantalla activa (OLV 1) e interconectarlo entre sí como se explico en el Capítulo II.

150

Luego se procede a asignar los datos a cada elemento del diagrama unilineal (las ventanas de incorporación de datos se señalaron en el Capítulo II, por ende serán omitidas en el presente Capítulo).

Una vez asignados todos los valores a cada elemento del diagrama, se procede a seleccionar la normativa bajo la cual se realizara el análisis (la forma de seleccionar el análisis también se describió previamente), en este caso se realizara bajo la Normativa ANSI/IEEE. Luego de esto se da clic en el icono de estudio de cortocircuito.

Figura IV.9: Icono de estudio de cortocircuito.

Incorporamos a continuación una falla a la Barra C (Bus C), dando clic derecho sobre la barra con lo cual se despliega una lista de opciones como se muestra a continuación:

Figura IV.10: Incorporación de una falla a la Barra C (Bus C).

151

Una vez incorporada la falla, damos clic en el icono correspondiente al tipo de coci que se desea analizar, en este caso se analizará un cortocircuito máximo (red de ½ ciclo), para observar el aporte del motor sincrónico.

Figura IV.11: Icono de cortocircuito máximo (red de ½ ciclo). El programa mostrará en rojo todos los datos correspondientes al estudio, resaltando las corrientes de falla y la dirección de las mismas hacia el punto de falla, como se muestra en la figura IV.12.

Figura IV.12: Resultados del estudio de cortocircuito máximo (red de ½ ciclo).

IV.6.3. Análisis de los resultados obtenidos.

Como se pretendía, se observa claramente el aporte a la falla por parte del motor sincrónico a pesar de que no es un aporte significativo. Esto dado que como se señalo previamente, el estudio se realizó considerando solo la falla máxima (red de ½ ciclo), en cambio si la selección hubiese sido de falla mínima, no se habría logrado apreciar ningún aporte por parte del motor sincrónico (ver figura IV.13), dado que a los 30 ciclos, el aporte del motor ya no es apreciable. 152

Figura IV.13: Resultados según falla mínima (red de 30 ciclos). ETAP permite además, mediante el icono “Display Options” (mostrar opciones) de la barra de análisis

, configurar la manera en que se visualiza la información del

obtenida en la pantalla activa OLV 1. Esta opción permite definir, por ejemplo si las tensiones se muestran en kV o como porcentaje de la nominal, el nivel de detalle de la información de los elementos del diagrama unilineal y los colores en los cuales se requiere que la información se entregue para facilitar su comprensión.

Figura IV.14: Ventana de Mostrar Opciones (Display Options).

153

Se pueden generar finalmente informes con distinto nivel de detalle y con distintos formatos según se requiera. Para obtener uno de estos informes se necesita dar clic en el icono de Administrador de Informes (Report Manager)

en la barra de análisis de

cortocircuito y seleccionar el tipo de informe que se requiere y el formato de salida. A continuación se muestra un informe de salida en nivel completo especificando la Barra C como la barra en condición de falla.

Figura IV.15: Ventana de selección de Informe.

En la figura V.16 se muestra el informe de nivel completo especificando la Barra C, que corresponde a la barra en condición de falla.

154

Figura IV.15: Informe de resultados de nivel Completo.

En la imagen IV.15 se observan los resultados involucrados en el estudio de cortocircuito especificando la barra en condición de falla. Este tipo de informe especifica las magnitudes de las corrientes de cortocircuito y las respectivas contribuciones a la misma. Cabe señalar que es posible modificar el nivel de detalle según sea la necesidad del usuario.

155

Capítulo V Análisis de Arc Flash de ETAP V.1 Introducción al Análisis de Arc Flash en Sistemas de Potencia. Desde un principio el trabajo en el área de electricidad ha sido de gran riesgo para las personas que pertenecen a dicha área laboral, quedando expuestos a múltiples riesgos, que pueden afectar tanto a personas como a equipos, por tales motivos ha sido de estudios y búsquedas de quienes están relacionados con el área de mejorar la seguridad y generar normativas que regulen las instalaciones y la operación de esta área. Dentro de todos los riesgos involucrados en el área de electricidad se encuentra el Arco Eléctrico (Arc Flash), en donde se libera una gran cantidad de energía ante una descarga eléctrica. Esta energía puede liberarse en forma calorífica, presión y ruido, con serias consecuencias en personas y equipos, incluso fatales en algunos casos. El estudio de Arco Eléctrico permite determinar el nivel de riesgo al cual se exponen los trabajadores al momento de manipular o ejecutar trabajos de instalación o reparación en equipos eléctricos energizados con partes expuestas, y a su vez permite distinguir qué tipo de equipo de protección personal es el adecuado usar para realizar algún trabajo determinado sin correr ningún riesgo de accidente. Dentro de este estudio también se obtienen distancias mínimas a las que se debe situar una persona, al obtener esta distancia desde una parte energizada se asegura que el trabajador no corre peligro alguno de sufrir quemaduras ante la ocurrencia de un arco eléctrico. En el módulo de análisis de Arc Flash, ETAP incorpora la última tecnología en software disponible para investigar una posible exposición del trabajador al arco eléctrico, para determinación de niveles adecuados de equipos de protección personal. Todo lo mencionado anteriormente está sujeto a las Normativas IEEE 1584-2002, IEEE 1584a-2004 y NFPA 70E-2009. 156

V.2. Pasos para configurar el análisis de Arc Flash.

V.2.1. Arc Flash Page (Pagina de Arco Eléctrico) en el Editor de Barra. En este capítulo solo se analizara la opción “Arc Flash” del “Bus Editor” (Editor de Barra) ya que las demás ya fueron revisadas en el capitulo anterior. Al abrirse esta opción se mostrará una gran cantidad de espacios que deben completarse con los datos necesarios para calcular la energía incidente, la cual es utilizada para el cálculo de “Arc Flash”. Además existe otra opción que permite usar valores ya definidos.

Figura V.1: Ventana de Bus Editor (Editor de Barra).

157

Dentro del recuadro se encuentran cuatro grupos: “Calculated”, “User-Defined”, “Working” y “TCC Plot/Print Label”, los cuales se describen a continuación.

Calculated (Calculado) y User-Defined (Definida por el Usuario): Estas dos opciones son utilizadas para determinar la energía incidente, solo con la diferencia que con uno se deben ingresar todos los datos manualmente “ Calculated” y con el otro se calcula la energía incidente con datos típicos ya establecidos “User-Defined”. -

Bus Fault Current (Corriente de falla en la Barra).- Este cuadro muestra la corriente total de falla en kA ya sea (3-Phase/1-Phase) en la barra con la cual se calcula el Corto Circuito {1/2 ciclo, de 1,5 a 4 ciclos (ANSI) o corriente inicial simétrica (IA "k para IEC).

-

Bus Arcing Current (Arco de Corriente en la Barra).- Este campo muestra la corriente de arco trifásica de la barra debido a la corriente de cortocircuito (1/2 ciclo simétrico RMS o ciclo de 1,5 a 4).

-

Source PD (Fuente PD).- Así se identifica el dispositivo de protección que despeja la falla donde ocurre el arco eléctrico.

-

Source PD Arcing Current (Arco de Corriente de Fuente PD).- Esta es la corriente que podría sobrepasar un dispositivo de protección en el lado primario de un transformador expresada en kA.

-

Fault Clearing Time (Tiempo de despeje de Falla FCT).- Este valor corresponde al tiempo que demora el elemento de protección en estar completamente abierto, tiempo en el cual la falla se considera despejada, expresado en segundos.

-

Grounding (Puesta a Tierra).- La lista que se desplegará permite definir el tipo de tierra que se utilizarán en la barra.

-

Incident Energy (Energía Incidente).- Energía incidente, esta es calculada basándose en el sistema de parámetros ingresados expresada en Cal/cm2, en donde se calculará utilizando el modelo IEEE 1584 2002 o el método de Lee (dependiendo de la tensión del sistema).

-

Protection Boundary (Limite de Protección).- Este valor corresponde a la distancia límite en la cual se pierde la protección en donde la energía sobrepase los 1.2 Cal/cm2, este valor se calcula con la energía incidente y el tiempo de despeje.

158

-

Category (Categoría) NFPA70E 2009.- Esta norma presenta diferentes categorías 0, 1, 2, 3 y 4, esta se determina de a cuerdo a la energía incidente, el valor máximo es 4 y corresponde a 40 Cal/cm2.

Working Distance (Distancia de Trabajo): En este grupo se ingresa la distancia de trabajo que se considerara en el cálculo de la energía incidente, la cual considera desde el arco a la persona (cara o torso) en pulgadas, este valor tiene un rango de 1 a 999,99 pulgadas.

TCC Plot / Print Label (Plotear TCC / Imprimir Etiqueta): En esta sección se entrega la opción de como se visualizará el resultado ya sea un “Label” (Etiqueta) o la TCC o “Time Current Curve” (Curca tiempo-corriente). Ya sea Calculated (Calculado) o UserDefined (Definida por el Usuario) Print (Imprimir): Este botón de impresión inicia la pantalla de “Crystal Report”, en donde se pude imprimir la etiqueta de esta barra. -

TCC Plot-Calculated or User-Defined Energy (Plotear TCC Calculado o Usar la Energía Definida).- Al seleccionar esta opción se mostrara la curva de energía incidente y se abriría la ventana “Star View TCC” mostrando la curva tiempo corriente. - TCC Plot-Allowable Energy (Plotear TCC de Energía Permitida).- Esta casilla de verificación permite visualizar la curva de energía incidente admisible, ya que varía con el tiempo y la curva actual en la ventana “Star View TCC”.

159

V.2.2. Arc Flash Page (Página de Arco Eléctrico) en el Estudio de Caso de Corto Circuito. El Estudio de Caso de Corto Circuito posee una ventana dedicada al estudio de “Arc Flash” la cual se debe configurar primero para poder realizar el estudio, esta se muestra y describe continuación:

Figura V.2: Ventana de caso de cortocircuito “Arc Flash”.

160

Method (Método): En esta sección se utiliza para seleccionar el método a utilizar para determinar la energía incidente de la barra en falla. La opción de la norma NFPA 70E utiliza las ecuaciones que figuran en la edición 2009. La opción IEEE 1584 utiliza las ecuaciones que aparecen en el estándar IEEE 1584-2002.

Además posee otra opción: “Arc Current Variation %” (Variación en % de la Corriente de Arco), esta opción reduce la corriente de arco hasta en un 30%, y calcula el tiempo de

despeje de la falla para así tener una visión más amplia de la operación de los dispositivos de protección, observando que pararía si la corriente de arco tuviese una disminución en su magnitud.

Bus Fault Current (Corriente de Falla en la Barra): Este grupo de datos son utilizados en el cálculo de la energía incidente y posee varias variables, las cuales son: “ User-Defined” (Definida

por el Usuario) o “Calculate” (Calcular), ambas con la opción de ser “1-Phase” (Monofásica) o “3-Phase” (Trifásica).

Además posee otras opciones para establecer hasta que tiempo se considerara para la determinación de la energía incidente: -

Symm. ½ Cycle.- Al seleccionar esta opción, ETAP utiliza solo ½ ciclo, ósea la corriente momentánea.

-

Symm. 1. 5 to 4 Cycle.- Al seleccionar esta opción, ETAP utiliza de 1.5 a 4 ciclos, ósea la corriente transitoria.

-

Fault Current Decay.- Esta opción considera la corriente en estado estacionario para el cálculo de la energía incidente, como se observa en la figura V.6.

-

Steady-State Ibf at.- Al seleccionar “Fault Current Decay” aparecerá esta opción, la cual entrega un recuadro que se debe completar con el numero de ciclos que se considere necesarios, para que la corriente de falla este en estado estacionario.

Luego de seleccionar los ciclos en que se considera estado estacionario se encuentra la opción “Syn. Gen Steady-State Ibf” la cual tiene relación con el aporte en estado estacionario de los generadores sincrónicos. 161

-

Limit Gen Ibf to.- Esta opción permite que el programa asuma que la contribución en FLA% “full load amps” (corriente de plena carga) del generador sincrónico al corto circuito está en estado de equilibrio.

-

Determine from Decrement Curve.- Esta opción especifica la contribución del generador en condiciones de estado estacionario, en función de su impedancia equivalente.

Motor Contributions (Contribuciones del Motor): Esta sección permite al usuario definir el tiempo (entre 5 ciclos y en estado estacionario 30 ciclos) luego de esto el programa ya no

tomará en cuenta la contribución de los motores en el cálculo de la energía incidente. -

Remove after (Quitar Después de).- Se retirara el aporte de los motores después de los ciclos que se indiquen en el recuadro.

-

Exclude if Motor ≤ (Excluir si el Motor ≤).- con esta opción no importe el tiempo que aporten a la falla sino el aporte en sí, dejándolos fuera si su aporte es inferior al indicado en el recuadro.

Set Hazard Cat for LV Equipment (Ajuste del Categoría de Equipamiento para riesgo LV): Existen ciertas fallas en baja tensión que deben ser juzgadas bajo la norma NFPA 70E 2009 ya que con las anteriores, ósea (IEEE 1584 de 2002 que se incluyen en la norma NFPA 70E anexo D) se obtienen resultados muy conservadores. -

Tensión ≤ 208 y Xfmr ≤ 125 kVA.- Para ciertos equipos que poseen estas características, se les clasifica diferente ya que su aporte a una eventual falla seria menor por lo tanto se les clasifica con Categoría 1 o 0. En este caso si Ibf ≤ 5 kA: se le asignara categoría 0 y si Ibf ≤ 10 kA se le asignara categoría 1.

Protective Devices (PD) (Dispositivos de protección): - Total Bus Fault Current (Corriente de Falla Total de la Barra).- Con esta opción se permite utilizar la corriente total de falla en el cálculo de la energía incidente.

162

Fault Clearing Time (FCT) (Tiempo de despeje de la Falla): Este grupo de la página de arco eléctrico permite configurar las opciones de casos de estudio relacionados con la determinación del tiempo de despeje de falla. -

Auto Select Source PD – FCT from TCC (Selección Automática de la Fuente PD FCT de TCC).- En extenso esto significa selección automática de la fuente, dispositivos de protección-tiempo de despeje de falla de la curva tiempo–corriente. Si se selecciona esta opción, el módulo de “Arc Flash” determinará automáticamente el “FCT” de la “TCC” de los dispositivos de protección que pueda eliminar la falla. Si no hay información “CTP” del elemento en ETAP disponible, se mostrará el mensaje "No se determined FCT".

-

User-Defined Source PD (Bus Editor) (Fuente Definida por el Usuario Fuente PD (Editor de Barra).- Si esta casilla es seleccionada, el programa de “Arc Flash” determinará el tiempo de despeje de falla (FCT) en base al valor definido por el usuario de los dispositivos de protección.

-

Limit Maximum FCT (Límite Máximo de FCT).- Esta opción permite establecer un tiempo de despeje de falla máximo para todas las barras.

-

User-Defined FCT (Usar FCT Definido).- Con esta opción se utilizaran valores insertos en el programa.

Update Buses (Actualización de la Barras): Este recuadro tiene por función actualizar los diferentes elementos del sistema y registrarlos en “Bus Editor Arc Flash Page”. -

Fault Currents (Corrientes de Falla).- Si esta opción es seleccionada, entonces el cálculo de “Arc Flash” se actualizará en todas las barras.

-

FCT (Tiempo de Aclaramiento de Falla).- Si esta opción es seleccionada el módulo actualizara el FCT en el “Bus Editor Arc Flash Page”.

-

Grounding (Tierra).- Si esta opción es seleccionada, el sistema se conectará a tierra automáticamente y se actualizará en el “Bus Editor Arc Flash Page”.

163

V.2.3. Display Options (Ventana de Opciones).

En esta sección se describen los resultados que aparecerán en el diagrama unilineal relacionados con el corto circuito, por lo que nos centraremos en los ítems relacionados con Arc Flash.

Figura V.3: “Display Options”. Arc Flash (Arco Eléctrico): Este grupo permite seleccionar los datos que se verán en el sistema, ya sea la corriente de arco o la corriente de falla. A continuación se muestran los parámetros a considerar: -

Incident Energy (Energía Incidente).- Si esta opción es seleccionada el módulo de “Arc Flash” mostrará la energía incidente liberada sobre el diagrama unilineal para cada barra seleccionada. Los resultados son mostrados a un lado de la barra en Cal/cm2.

-

FPB “Flash Protection Boundary” (Límite de Protección del Destello).- Si esta opción es seleccionada el modulo de “Arc Flash” mostrará el Límite de Protección 164

del Destello deliberado sobre el diagrama unilineal. Los resultados son colocados al lado de la barra seleccionada en pies. -

Hazard/Risk (Riesgo/Peligro).- esta opción está basada en la norma NFPA 70E o criterios definidos por usuario para la cantidad de energía de incidente liberada en cada barra. Esto se expresa en unidades del 1 al 10.

Arc Fault Location (Posición del Arco de Falla): Con esta opción el programa indica la posición en cada barra en donde ocurre el Arc Flash. -

Bus Load PD (PD de la Carga en la Barra).

-

Source PDs (Fuentes de PDs).

-

Load Terminals (Terminales de Carga).

A continuación un ejemplo de cómo se verían los datos que se acaban de mencionar insertos en un sistema de potencia cualquiera:

Figura V.4: Ejemplo de “Arc Flash Location”. 165

Ya se realizaron todos los ajustes que se beben realizar para configurar un estudio de “Arc Flash” ahora se revisa los métodos utilizados en los cálculos que llevan a determinar los resultados que finalmente entrega el programa. V.3. Calculation Methodology (Metodología de Cálculo). IEEE Standard 1584-2002 & IEEE 1584a 2004. -

Esta norma es utilizada para sistemas que estén en este rango de tensión de 0.208 kV a 15kV. y un rango de corriente de 0.7kA hasta 106kA.

-

La conexión a tierra ya sea de una resistencia alta o baja están consideradas para las barras con una tensión de 0.208 a 15kV

-

Para acceder al estudio de “Arc Flash” se debe ingresar al modulo de “ShortCircuit” (Cortocircuito), ya que se necesita la corriente de cortocircuito.

NFPA 70E-2009 -

Posee un rango de corriente que va desde 16 hasta 50 kA.

-

El cálculo de la exposición a la energía incidente es válido para voltajes debajo 600 voltios y por sobre esta tensión los equipos debes estar al aire libre.

-

Este método no considera el tipo de equipo y los factores de distancia. Las ecuaciones que utiliza el programa ETAP para el cálculo de “Arc Flash” se

encuentran en las normas IEEE 1584-2002 / IEEE 1584a 2004 y NFPA 70E-2000 y 2004. Para determinar la corriente que está aportando al arco se utiliza la norma IEEE 1584-2002 en donde encontramos tres métodos a través de los cuales se puede llegar al resultado. Estos son los siguientes: - Half Cycle Current Method (Método de Corriente de Medio Ciclo). - 1.5 to Four Cycle Current Method (Método de Corriente de 1,5 a 4 Ciclos). - Fault Current Decay Method (Método de Decrecimiento de la Corriente de Falla).

166

A continuación se describen brevemente cada uno de ellos: -

Método de Corriente de Medio Ciclo.- Este método utiliza el valor de la corriente de falla cuando se encuentra en el primer ½ ciclo, denominada corriente sub transitoria (Ibf") para determinar las contribuciones de corriente que forman el arco (Ia").

-

Método de Corriente de 1,5 a 4 Ciclos.- Este método utiliza el valor de la corriente de falla cuando se encuentra entre 1.5 ciclos y el 4º ciclo, denominada corriente transitoria (Ibf) para determinar las contribuciones de corriente que forman el arco (Ia").

-

Método de Decaimiento de la Corriente de Falla.- Este método utiliza una combinación de corrientes de cortocircuito (sub transitorias, transitorias y permanentes) para determinar los valores corrientes que forman el arco.

Las corrientes sub transitorias y transitorias son obtenidas usando desde ½ ciclo hasta el 4º ciclo. Las corrientes de cortocircuito fijas son obtenidas hasta la cantidad de ciclos que seleccione el usuario.

Determinación del Tiempo de Despeje de Falla (FCT). Este valor es muy importante para la determinación de la energía incidente. Se determina partir de las curvas tiempo-corriente (TCCs) y a veces estan definidas para cada dispositivo de protección. Se representa a través de una curva inversa ya que mientras más alto sea la corriente menor será el tiempo de fusión. Esto requiere la integración de tres valores de corrientes,y lo realiza el programa utilizando la siguiente ecuación: (V.1) Donde: T0: Tiempo de operación del dispositivo de sobre corriente. t (I): Tiempo de despeje de falla.

167

A continuación se muestra la evolución de la corriente de falla:

Figura V.5: Forma de onda en una situación de falla. Como se observa en la figura V.5 la corriente de falla sub transitoria es mantenida hasta los 4 ciclos y la corriente transitoria va desde los 5 hasta típicamente los 30 ciclos y la corriente permanente dura hasta que la protección opere. Determinación de la Energía Incidente. Luego de determinados los parámetros anteriores se procederá a encontrar la energía incidente, basta solo indicar la barra a la cual se le aplicará el estudio. Algunas de las fallas pueden ser: - Falla en la barra principal - Falla en los dispositivos de protección. - Falla de sobrecarga dispositivos de protección. - Falla sobre los terminales de conexión.

168

El programa utiliza las ecuaciones V.2 y V.3 para determinar la energía incidente y solo necesita la tensión nominal y la corriente de falla:

(V.2)

Donde: E = energía incidente en (J/cm2). Cf = factor de cálculo. 1.0 para voltajes por sobre 1kV, y 1.5 para voltajes por debajo 1kV. En = energía incidente normalizada 15. t = tiempo de arco en (segundos). D = distancia posible del punto de arco a la persona en (mm). x = es la distancia de exposición según la tensión.

(V.3)

Donde: E = energía incidente en (J/cm2). V = tensión del sistema en (kV). t = tiempo de arco en (segundos). D = distancia posible del punto de arco a la persona en (mm). Ibf = corriente de falla.

169

V.4. Creación de un modelo de prueba.

V.4.1 Datos necesarios para los componentes del sistema.

A continuación se mencionan los datos básicos necesarios para cada uno de los componentes del sistema cuando de quiere realizar un Estudio de Arc Flash: Datos de Barra 

El voltaje Nominal en kV.



% de tensión.

Datos de Rama 

Z de Rama, la R, X, Y, o valores de X/R y unidades, tolerancia, y temperaturas.



El Cable y la longitud de línea de transmisión.



kV y MVA del Transformador.



kV base de impedancia de ramas en MVA.



Impedancia del Cableado.



Conexiones del Trasformador.

Datos del Generador Sincrónicos 

MW Nominal, kV, y Factor de Potencia.



Xd ", Xd ', y X/R.



Tipo de Generador (Polos Salientes, Rotor bobinado).

Datos de Fusible 

identificación.



Tamaño y TCC.

Fusible Estándar ANSI: 

kV

Fusible Estándar IEC: 

kV

170

V.4.2. Construcción del modelo de análisis de Arc Flash.

A continuación se presenta un sistema básico (generador, transformador y carga), al cual se realizará el estudio de “Arc Flash”

Figura V.6: Diagrama básico para estudio de “Arc Flash”. Al presionar el icono

“Run Arc Flash” se ejecutará el análisis de “Arc Flash”

obteniendo como resultado el diagrama inicial pero con datos como: -

Energía incidente en (Cal/cm2).

-

Distancia de arco en (pies).

-

Corriente de arco en (kA).

171

V.5. Análisis de resultados de Arc Flash. A continuación se presenta las diferentes formas en las que el programa puede arrojar los resultados del estudio de Arc Flash, ya se directamente sobre el diagrama unilineal, en informes de salida o en plantillas. V.5.1. Resultados en el Diagrama.

Figura V.7: Diagrama con resultados de “Arc Flash”.

Al generar este estudio se obtiene sobre la barra 1: -

Un operario no se puede acercar a menos de 31.43 (pies) de este punto de conexión a menos que lleve puesto todos los elementos de seguridad que corresponden al nivel de tensión.

-

La energía que se disipa en el punto de conexión al ocurrir un corto circuito es de 31.26 (Cal/cm2).

-

La corriente de “Arc Flash” es de 178.56 (kA).

172

V.5.2. Director de Reporte.

Esta opción que entrega el programa permite generar informes, esto se realiza en la barra “Study Case” (Caso en Estudio), específicamente en la opción “Report Manager” (Director de Informes), en la cual al hacer clic se desprende un listado de opciones de los cuales se pueden realizar informes como por ejemplo: ajustes, alertas completas, alertas criticas, alertas menores, carga de ramas, rama, carga de barra, barra, cable, completa.

Estos informes se desplegaran inmediatamente en la pantalla en el formato que se halla seleccionado anteriormente en la ventana de “Report Manager” (Director de Informe) en cualquiera de los formatos disponibles, ya sea en: Viewer, PDF, MS Word, Rich Text Format, MS Exel o Set As Default.

Figura V.8: Barra de Caso de Estudio.

Se pueden generar informes o reportes con distinto nivel de detalle para continuar con el estudio de la información obtenida. Dado que existen variados niveles de detalle y formatos de salida de la información, se presenta a continuación a modo de ejemplo un 173

informe a nivel Arc Flash Análisis (Análisis de Arc Flash) el cual muestra un completo análisis del sistema con todo lo relacionado al tema en estudio, en este caso arco eléctrico.

Figura V.9: Análisis de “Arc Flash”. En este informe en particular se observa valores como los de: la energía incidente la cual es de 131,255 (Cal/cm2), la corriente de arco es de 178,565 (kA), el tiempo de despeje de falla es de 6 ciclos, entre otros valores. Los cuales dan una visión general de este arco en particular.

174

V.5.3. Plantillas.

En esta parte del capítulo se presentan las plantillas que se pueden imprimir con el objetivo de ser puestas directamente sobre el elemento o punto de conexión en el cual se realizo el estudio. Esta opción se encuentra en “Arc Flash Report Manager” la cual entrega diversas opciones de idiomas, dimensiones y enfoques, en este caso se han seleccionado las opciones marcadas en la figura V.10, mostrada a continuación. Las opciones seleccionadas se presentan en la figura V.11.

Figura V.10: Director de informe de “Arc Flash”.

175

Figura V.11: Plantillas seleccionadas.

176

Capítulo VI Coordinación de Protecciones con ETAP VI.1. Introducción a la Coordinación de Protecciones en Sistemas de Potencia.

Los dispositivos de protección son elementos destinados a detectar condiciones anómalas de funcionamiento en las redes eléctricas, más no a prevenir accidentes, pero si a disminuir las consecuencias que estos tengan tanto como para las personas, como para la misma red eléctrica. En la actualidad los dispositivos de protección tienen la obligación de ser especialmente selectivos y rápidos en la detección de condiciones anómalas de funcionamiento, por lo tanto el desarrollo de estos elementos de protección se ha concentrado en desarrollar dispositivos capaces de detectar más de un parámetro a la vez. Los dispositivos de protección se pueden clasificar de distinta manera de acuerdo a la tecnología empleada en su construcción: 

Electromecánico.



Estático.



Digital.



Numérico.

ETAP dispone de un sistema totalmente integrado de coordinación de dispositivos de protección en su modulo denominado “STAR”. El modulo STAR representa un nuevo concepto en la realización de coordinación de los dispositivos de estado permanente y dinámico. ETAP logra esto mediante la utilización inteligente de los diagramas unilineales, bibliotecas completas de dispositivos, y una base de datos multidimensional integrada. ETAP permite a los ingenieros tomar decisiones informadas y confiables de a cuerdo con los resultados del estudio realizado, basándose en una base de datos actual y completa de la mayoría de los dispositivos con los que cuenta el mercado.

177

VI.2. Descripción de la barra de herramientas de la coordinación de protecciones en ETAP 7.0.0.

A continuación se describe la barra de herramientas de la coordinación de protecciones y sus diferentes capacidades.

Figura VI.1: Barra de herramientas de la coordinación de protecciones. Crear vista STAR (Create Star View)

: Genera una nueva presentación de diagrama

unilineal para simulación de coordinación de protecciones. Anexar a vista STAR (Append to Star View)

: Anexa uno o varios elementos del

diagrama unilineal a la vista STAR para generar las correspondientes graficas.

Ejecutar/Actualicar coci kA (Run / Update Short-Circuit Clipping kA)

: Realiza un

estudio de cortocircuito, ya sea trifásico, bibásico o monofásico y actualiza las curvas de tiempo de los dispositivos involucrados en el estudio. 178

Inserción de falla (PD secuencia de operación) (Fault Insertion (PD Sequence-ofOperation)

: Inserta una falla en algún lugar del diagrama unilineal para generar la

visualización de la secuencia de operación de los dispositivos de protección. Estas fallas cambiaran en conformidad a la selección en la ventana de Caso de Estudio.

Figura VI.2: Opciones de inserción de fallas.

Opciones de visualización (Display Options)

: Las opciones de visualización son

comunes para cada tipo de estudio y hacen relación a los colores esencialmente: resaltado de barras y colores de temas.

Administrador de informes (Report Manager)

: El administrador de informes también

es común para cada estudio, pudiendo determinarse el nivel de detalle con el que presentar la información, así como el formato de salida de la información.

Configuración de informes de dispositivos (Device Settings Reports)

: Se genera un

informe de la coordinación de los dispositivos. Este administrador permite obtener vista previas e imprimir los datos de configuración de los dispositivos vinculados al estudio.

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Figura VI.3: Ventana de informe de coordinación de dispositivos.

Detener cálculo actual (Halt Current Calculation)

: Esta opción permite detener un

cálculo en progreso, por ende los datos del estudio no serán mostrados en pantalla ni los informes detallados estarán completos. (Este icono solo será visible cuando exista un cálculo en ejecución). Visor de secuencia (Sequence Viewer): ETAP mostrara una ventana en la que se observará el orden de secuencia y eventos de diálogos de los dispositivos de protección involucrados en el estudio.

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Figura VI.4: Ventana de secuencia de operación de los dispositivos de protección. VI.3. Configuración del Editor de Caso de Estudio (Star Mode Study Case). La ventana del Editor de Caso de Estudio es similar a la del resto de los estudios. Incorpora cuatro pestañas que despliegan diferentes opciones de configuración, que son: “Info” (Información), “Standard” (Estándar), “Seq. Of Op.” (Secuencia de Operación) y “Adjustment” (Ajuste). A continuación se describen estas cuatro pestañas.

181

VI.3.1. Pestaña de Información (Info).

Figura VI.5: Pestaña de información (Info).  Study Case ID: Nombre del estudio (hasta 12 caracteres).  Transformer Tap: Información referente al tap del transformador. -

Adjustment Base kV (ajuste base kV).- las tensiones base de las barras se calculan utilizando la relación de transformación del transformador.

-

Use Nominal Tap (uso del tap nominal).- se calculan las tensiones base utilizando la tensión nominal del transformador. Todos los ajustes fuera de los valores nominales son ignorados y las impedancias de los transformadores no se ajustan.



Cable/OL Heater: Esta opción verifica las impedancias de cables y la sobrecarga admisible.

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 Motor Contribution Based on: Esta opción se selecciona para incluir las contribuciones de los motores a la falla. -

Motor status.- se habilitará la contribución a la falla por parte de los motores que se encuentren en estado de funcionamiento permanente o intermitente.

-

Loading Category.- se habilita la contribución a la falla por parte de los motores que se encuentre categorizados con carga conectada.

-

Both.- se habilita la contribución a la falla de aquellos motores que se encuentren conectados y categorizados con carga conectada solamente.

 Bus Selection: ETAP tiene la particularidad de determinar fallas en una o varias barras simultáneamente. Sin embargo, al iniciar un estudio de cortocircuito por primera vez, la opción predefinida será de “DonFaul”, esto quiere decir que ninguna de las barras estará en condición de falla. Para incluir fallas en una o varias barras se debe seleccionar tal opción.  Study Remarks: Cualquier nota importante se adjunta en esta opción, la cual será impresa en la segunda hoja del informe de fallos.

183

VI.3.2. Pestaña de Estándar (Standard).

Figura VI.6: Pestaña de Estándar (Standard) según ANSI.

Figura VI.7: Pestaña de Estándar (Standard) según IEC. 184

Opciones según Estándar ANSI.  Prefault Voltage (voltaje pre falla): Para esta sección se tienen dos diferentes alternativas de selección: -

Fixed.- permite especificar un voltaje pre falla fijo en todas las barras en condición de falla, y ajustarlo en porcentaje del valor nominal o al valor base en kV.

-

Vmag X Nominal kV (from bus editor).- ETAP entra en la configuración de barra para obtener una tensión pre falla y aplicarla al resto de las barras, así se puede determinar un voltaje pre falla diferente para cada barra.

 Schort circuit current (corriente de cortocircuito): ETAP estrega dos diferentes alternativas para este campo. -

½ Cycle kA.- calcula el cortocircuito basado en la norma ANSI del método de ½ ciclo (kA momentánea).

-

30 Cycle (minimum) kA.- calcula el cortocircuito basado en el método de 30 ciclos de ANSI (kA en estado estacionario).

 Zero Sequence Z (Z de secuencia cero): Permite considerar el efecto de las capacidades de secuencia cero de las líneas y cables, así como las admitancias en derivación de los distintos elementos de cargas estáticas. Opciones según Estándar IEC.  Short-Circuit Current (Corriente de Cortocircuito): En esta opción se deben especificar corrientes de cortocircuito máximas y mínimas como se explica a continuación. -

Max.- con esta opción se aplicará un “factor c” para calcular la corriente de falla máxima según el estándar IEC 60909:

185

Tabla VI.1: “Factor c” según tensión.

-

Tensión en (Volts)

Factor c

35000

1.10

User-Defined c Factor.- con esta opción, es el usuario el que debe especificar el factor “c” según la siguiente tabla:

Tabla VI.2: “Factor c” según tensión.

-

Tensión en (Volts)

Factor c

35000

1.00 - 1.10

Min.- se aplicará un “factor c” para calcular la corriente de falla mínima según el estándar IEC 60909: Tabla VI.3: “Factor c” según tensión. Tensión en (Volts)

Factor c

35000

1.00

Si se selecciona esta opción se deben tener en cuenta también:

I k Min: Corriente Mínima en estado estacionario. I k " Min: Corriente inicial simétrica.

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 Cmax for Z Adjustment (