El diseño, planeamiento y operación de los sistemas eléctricos requiere un análisis de flujo de potencia para determinar el rendimiento en régimen permanente bajo una variedad de condiciones operativas y analizar los efectos cuando cambian cuando el sistema eléctrico evoluciona.
El cálculo de flujo de potencia determina los niveles de tensión, cargabilidad de equipos y condiciones óptimas de operación.
El análisis de cortocircuito se realiza para verificar que el diseño del sistema eléctrico se lo apropiado. Dimensionamiento de los equipos eléctricos para soportar los esfuerzos electromagnéticos y aumento de temperatura debido a los cortocircuitos y condiciones anormales.
Capacidad de interrupción para las máximas corrientes de falla.
Capacidad de tiempo de los componentes del sistema eléctrico.
Calculo de corrientes máximas y mínima para la selectividad de protecciones.
El análisis se realiza para lograr la selectividad y velocidad en el aislamiento de la falla que podría aparecer en cualquier momento en un sistema. La protección más cercana a la falla debe actuar antes que cualquier otra y aislar o separar antes de que pueda causar daños y pérdidas a cualquier componente del sistema eléctrico.
Los componentes del sistema de protecciones tienen los objetivos básicos para una adecuada implementación de protecciones, estableciendo como filosofía:
• Sensibilidad: Capaz de detectar las fallas o eventos perjudícales para el sistema.
• Selectividad: Capacidad para que actué únicamente cuando la falla tienen lugar sobre el elemento o equipo cuya protección tiene asignada.
• Rapidez: en el momento que se detecta una falla, la protección debe actuar con rapidez despejando la falla lo más pronto posible.
• Fiabilidad: La protección debe responder con seguridad y efectividad ante cualquier situación en que se produzca falla en el sistema, en cualquier momento.
• Economía y simplicidad: La instalación de una protección debe estar justificada tanto por motivos técnicos y económicos.
El arco eléctrico se produce por cortocircuitos en el sistema eléctrico, o en operaciones de conexión a desconexión, especialmente si el equipo no cuenta con un adecuado mantenimiento o trabaja fuera de sus condiciones de operación.
La norma NFPA 70E
Bajo las condiciones de operación del sistema eléctrico, y la aplicación de los métodos de cálculo y la clasificación con las normas internacionales se determina lo siguiente:
• Energía incidente en cada alimentador, barra o equipo eléctrico
• Clasificación de la energía incidente (Nivel)
• Determinar las zonas de seguridad de operación de la subestación
• Selección del tipo de protección para el personal de operaciones y mantenimiento
Este estudio determina la evolución de los posibles cambios en las condiciones de carga de los sistemas de potencia cuando arranca un motor de gran potencia o un grupo de motores bajo unas condiciones de operación (MCC).
Cuando el voltaje de operación del motor no coincide con el valor mostrado en su placa técnica, la operación y el ciclo de vida se ven afectado, este efecto puede ser menor o severo dependiendo de las características del equipo y la diferencia entre los valores de operación y parámetros técnicos de la placa del motor.
Los objetivos del análisis son:
• Caídas de nivel de tensión en barras
• Identificar un método de arranque (Arranque por capacitor, soft stater, auto-transformador, etc.)
• Verificación de la capacidad de transformadores de distribución y ubicación de tap´s
• Estimación de la capacidad de arranque de un motor
El diseño de la puesta a tierra tiene como propósito de aterrar los sistemas eléctricos para limitar cualquier voltaje elevado que pueda resultar de descargas atmosféricas, fenómenos de inducción o de contactos no intencionales con cables de voltajes más altos. Esto se realiza mediante un conductor apropiado a la corriente de falla a tierra total del sistema.
Una adecuada puesta a tierra de los equipos dependerá de la seguridad frente a riesgos eléctricos de su personal de operaciones, ya que garantiza una tensión de contacto adecuado en caso de una falla a masa de un equipo eléctrico, y asegurar el funcionamiento de los dispositivos de protección frente a contactos indirectos. Para ello las instalaciones de tierra deben diseñarse y ejecutar respetando los criterios técnicos establecidos en las normas internacionales.
La estimación de los perfiles de carga que generen armónicos en requerimiento para los sistemas de distribución que suministran energía a equipos electrónicos según las normas IEEE 519 y IEEE 399
El estudio de flujo de potencia de armónicas debe ser ejecutado para el voltaje y la corriente fundamental y los armónicos de las cargas de fuentes de distorsión. El estudio debe ser revisado para asegurar que el sistema opera apropiadamente a 60 Hz. De igual manera, los perfiles de las corrientes de las cargas con contenido armónico deben ser medidos en los lugares con problemas y diseñar las medidas de mitigación apropiadas.
Los elementos de filtro son dimensionados para mitigar los niveles de armónicos en el sistema (filtros (normal, HP, filtro-C), circuitos RLC serie con o sin conexión a tierra, control de trampas de onda).
El conocimiento de éstos fenómenos resulta de importancia para el correcto diseño del sistema eléctrico, así mismo para la especificación, dimensionamiento y selección del equipamiento eléctrico que la compone, compatible con los niveles de calidad del servicio requeridos en la actualidad. El área de los estudios que tienen origen electromagnético incluye los siguientes:
• Estudios de sobretensiones debidas a la energización y desenergización de líneas, transformadores, reactores y otros componentes de la red eléctrica.
• Análisis de sobretensiones y sobrecorriente originadas por la aparición intempestiva de cortocircuitos.
• Estudio de la resonancia y ferrorresonancias. Determinación de la impedancia de la red en función de la frecuencia. Estudios de flujos de armónicas
• Estimación de tiempo de frente rápido debidas a re-cierre de interruptores durante la operación de cargas inductivas (transformadores, reactores, motores)
• Cálculo de la corriente de arco secundario y probabilidad de éxito del re-cierre monofásico en líneas de transmisión de alta tensión.
• Pérdida de carga, etc.
El análisis de estabilidad es fundamental para el planeamiento y operación de los sistemas de potencia, ya que permiten diseñar sistemas capaces de mantenerse en operación tras soportar eventos y contingencias severos en el sistema, como son los cortocircuitos, salida intempestiva de equipos y que afecten el cambio de la configuración del sistema.
Estabilidad angular: Es la capacidad del sistema para mantener el sincronismo de las maquinas después de haber soportado una perturbación.
Estabilidad de frecuencia: Es la capacidad del sistema eléctrico para mantener una frecuencia de estado estacionario aceptable luego de una perturbación que genere un desbalance entre la potencia de las cargas y las potencias de generación
El análisis del efecto de la Ferroresonancia en los sistemas eléctricos se desarrolla especial énfasis en la inductancia no lineal del núcleo ferromagnético de los transformadores.
Los análisis de ferroresonancia, se basa en la metodología utilizada para la simulación del proceso de inducción, para la cual se utiliza el programa de la resonancia del software ATP.
