curso bÁsico atp
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CURSO BÁSICO EMTP/ATP
Horacio Torres-Sánchez
Profesor Titular UN
Programa de Investigación sobre Adquisición y
Análisis de Señales - PAAS-UN
Universidad Nacional de Colombia
www.paas.unal.edu.co
Historia Análisis de Transitorios (1/2)
• Bewley. Diagramas de Lattice. [L. V. Bewley, “Transient
oscillations in distributed circuits with special reference to transformer
windings,” Transactions of the American Institute of Electrical, vol. 50, pp.
1215–1233, December 1931.]
– Válido únicamente para líneas sin pérdidas.
• Bergeron. Líneas Características. [Bergeron. L., (1950),
Du coup de belier en hydraulique an coup du foudre en electricite. Ed. Dunod, Paris.]
– Válido únicamente para líneas sin pérdidas.
• TNA (1980). Solución Análoga.
– Modelamiento de la mayoría de componentes.
Transient Network Analyzer TNA
Historia Análisis de Transitorios (1/3)
• Dommel (1969). [H. Dommel. Digital Computer Solution of
Electromagnetic in Single und Multiphase Networks”. IEEE PAS. Vol.88, april
1969]
– Válido para cualquier tipo de líneas.
– Modelamiento de cada una de las componentes.
– Solución mediante métodos numéricos (Regla trapezoidal de integración, técnicas de matrices dispersas).
Historia del EMTP/ATP (2/3)
• Versión de PC para reemplazo del TNA.
• Bonneville Power Administration - BPA,
Oregon (USA). [Como agencia del gobierno USA, lo realizado está
disponible gratuitamente bajo el principio de “Freedom of Information”]
– S. Meyer y H. Dommel.
• 1984 – Versión Comercial. (DCG)
• 1984 – ATP (Alternative Transients Program).
FORTRAN 77. Surge cuando los Drs. W. Scott
Meyer y Tsu-huei Liu no aprobaron la
comercialización del EMTP
• Royalty – Free (Libre de derechos de Autor).
– No comercializable.
– Entregado únicamente a instituciones.
– Manejado a través de grupos de usuarios locales.
– Colombia: Grupo EMTP/ATP
Historia del EMTP/ATP (3/3)
Capacidades del ATP (1/4)
• Parámetros concentrados (Resistencia,
Inductancia y Capacidad).
• Equivalentes polifásicos (Matrices
simétricas de R, L y C).
• Líneas de transmisión polifásicas
(Parámetros constantes y dependientes de la
frecuencia).
• Resistencias no-lineales (característica
tensión-corriente, característica R(t))
Capacidades del ATP (2/4)
• Inductancias no-lineales (característica
tensión-corriente, histéresis).
• Interruptores (spark gaps, diodos y
tiristores).
• Fuentes de corriente y Tensión (funciones
matemáticas estándar o punto a punto vía
FORTRAN).
• Máquinas Eléctricas (trifásicas sincrónicas,
de inducción y DC)
Capacidades del ATP (3/4)
• Sistemas de Control dinámicos [Transient
analysis of control systems– TACS].
– Operaciones lineales y no lineales.
– Tratamiento de señales.
– Modificaciones al circuito simulado.
• Lenguaje de Programación – MODELS.
– Formato libre.
– Rutinas externas.
– Cualquier lenguaje de programación.
Capacidades del ATP (4/4)
(Programas Anexos)
• LINE-CABLE CONSTANTS. (Parámetros de Líneas de Transmisión).
• SATURA. (Curvas de saturación del núcleo de un transformador).
• XFORMER, BCTRAN. Modelo de un transformador lineal.
• ZNO FITTER. Modelo de descargadores de sobretensión de Oxido de Zinc.
Versiones del ATP
• Windows:
– Watcom.
– Salford.
– GNU.(mingw32)
• Linux.
– GNU.
Tipos de Análisis con el ATP (1/3)
• Análisis Transitorio:
– Maniobras, impactos de descargas eléctricas.
– Cálculo de régimen permanente de sistemas no-lineales.
Solución en el dominio del tiempo.
-Regla trapezoidal de integración.
- Simulación de no-linealidades por medio de representación a pedazos.
Tipos de Análisis con el ATP (2/3)
• Análisis en Frecuencia:
– Variación de Impedancias. (Frequency
Scan).
– Propagación de Armónicos.(Harmonic
Frequency Scan).
Solución en el dominio de la frecuencia.
-Solución de ecuaciones nodales (Z: fasor)
Tipos de Análisis con el ATP (3/3)
• Análisis de sensibilidad:
– Pocket Calculator Varies Parameter.
• Análisis Estadístico:
– Densidad de probabilidad de las
sobretensiones producidas por maniobras.
– Método de Monte Carlo para tiempos de
cierre y apertura.
Datos de Entrada al ATP
• Texto con Formato. (FORTRAN 77)
– Formato rígido. (Máximo 80 Columnas)
• Organización por tarjetas.
– Tarjetas de comentarios.
• Definición de cada uno de los nodos. (Máximo 6 caracteres).
(formato en columnas, ejemplo de caso en texto)
Estructura del EMTP-ATP (1/2)
Estructura del EMTP-ATP (2/2)
Salidas del ATP
• *.lis:
– Lectura de las tarjetas del archivo de texto.
– Conectividad de los elementos.
– Solución de estado estacionario.
– Variables de salida punto a punto.
– Impresión por medio de caracteres (Opcional).
– Valores extremos de las variables de salida.
– Errores en el circuito.
• *.pl4:
– Archivo para graficación.
Ejecución de un caso en ATP
• D.O.S. (Todas las versiones).
• Cargar el archivo del caso.
• Definir el destino que tienen los archivos de
resultados.
• Orden final de ejecución (Identificación de
variables máximas).
Algoritmo de Solución del ATP
• Conectividad de la red.
• Representación de cada componente en su
equivalente de Dommel.
• Construcción de la matriz de admitancia Y.
• Solución del sistema [Y][V] = [I], donde I
esta compuesto por fuentes conocidas y por
“Historias pasadas”.
Interfaz Gráfica (ATPDraw)
Casos Típicos de Sobretensiones
EMTP/ATP
Cable – Línea - Cable
Cable-Línea-Cable
Diagrama de Lattice – Método de Bweley
Cable – Línea - Cable
Cable – Línea - Cable
Líneas de transmisión
Líneas de transmisión
Líneas de transmisión
Líneas de transmisión
Líneas - Subestación
Líneas - Subestación
Líneas - Subestación
Líneas - Subestación
Líneas subestación
Torre transmisión
Torre transmisión
Torre transmisión
Divisor de tensión
Divisor de tensión
Divisor de tensión
Divisor de tensión
Reencendido en seccionador SF6
Esquema subestación doble barraje
Seccionador tipo NKV 362/3150
Seccionador investigado
Seccionador investigado
Fenómeno de reencendido [1/3]
Fenómeno de reencendido [2/3]
Fenómeno de reencendido [3/3]
Seccionador investigado
X en función de la velocidad
S en función de x
UD en función de S
UD = 2500.p + 2900
ED en función de p
Circuito de laboratorio
Circuito equivalente simplificado
Circuito equivalente de Dommel
Diagrama de flujo
Modelo para el ATP
MODEL para reencendido
Transitorio por reencendido en ATP
Tensión UA y UB
Corriente de arco
Reencendido en función de CB/CS
Modelamiento matemático de
transformador de distribución
Cálculo de capacidades
Ecuaciones basadas en métodos
electromagnéticos o por medio del
método de Simulación de cargas.
Cálculo de Inductancias
En ambos casos (trafos mono y
trifásicos) la inductancia propia
fue calculada por medio de una
expresión analítica derivada de
consideraciones de campos
electromagnéticos.
Parámetros medidos y calculados
Modelo matemático
Para la implementacióncomputacional del modelo deltransformador de distribución seutilizó el programa EMTP/ATP,con el módulo “Transformer”, elcual permite incluir lascapacidades y la curva desaturación. Se desarrollaron tresmodelos para cada tipo detransformador. Cada uno de loscuales permite representar elcomportamiento del transformadorante señales de media, baja y altafrecuencia (60Hz hasta impulsostipo rayo).
Modelo de transformador en el ATP
Circuito Experimental Guachipay
Circuito experimental montado en el
ATPDraw
Trafos Prototipo Nuevo Diseño
Instalación del Trafo Prototipo Nuevo Diseño
TENSION TRANSITORIA DE
RESTABLECIMIENTO - TTREl TTR se presenta al momento de la
apertura de una corriente de corto
circuito. En el momento en que se
separan los contactos del interruptor, un
arco se forma entre la parte metálica de
estos.
El arco lleva corriente hasta que ocurre
una corriente cero, momento en el cual el
interruptor tiene la oportunidad de
recuperar completamente el proceso de
interrupción.
La tensión que aparece entre los
contactos parte de ser cero pero a medida
que se separan los contactos y el arco se
mantiene, esta tensión aumenta, hasta
llegar al valor de la tensión nominal
después de la extinción del arco
Modelo de la TTR en el ATP