Capitulo 6. ATP

7/18/2019 Capitulo 6. ATP

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ATP - EMTP (Alternative Transients Program – ElectroMagnetic Transients Program) i

1. ¿QUÉ ES ATP-EMTP? ______________________________________________________ 1

2. ASPECTOS FUNDAMENTALES _____________________________________________ 1

3. MÓDULOS PRINCIPALES DEL SOFTWARE ATP-EMTP _______________________ 3

3.1. ATP __________________________________________________________________ 3

3.2. DBOS.DIR. ____________________________________________________________ 4

3.3. WPCPlot, PlotXY y GTPPLOT ___________________________________________ 4

3.4. ATPDRAW ___________________________________________________________ 5

3.5. ATP_LCC ____________________________________________________________ 6

3.6. PFE16 y PFE32 ________________________________________________________ 6

3.7. ATPCC _______________________________________________________________ 7

3.8. Ficheros de inicialización ________________________________________________ 7

4. ELEMENTOS DISPONIBLES EN EL ATP _____________________________________ 8

4.1. Componentes eléctricos básicos ___________________________________________ 9

4.2. Subrutinas de apoyo integradas ___________________________________________ 9

4.3. Módulos de simulación integrada ________________________________________ 12

5. ATPCC __________________________________________________________________ 14

5.1. Pantalla principal _____________________________________________________ 14

5.2. Configuración del ATPCC ______________________________________________ 16

5.3. Definición y uso de proyectos ____________________________________________ 20

5.4. Uso y ejecución de programas ___________________________________________ 21

6. ATPDRAW _______________________________________________________________ 23

6.1. Opciones del programa ATPDRAW ______________________________________ 24

6.2. Componentes estándar del ATPDraw _____________________________________ 25

6.3. Componentes definidos por el usuario ____________________________________ 28

6.4. Creación de nuevos modelos para el ATPDraw _____________________________ 29

7. WPCPlot_________________________________________________________________ 30

7.1. Menú File ____________________________________________________________ 31

7.2. Menú Edit ____________________________________________________________ 32

7.3. Menú Options ________________________________________________________ 33

7.4. Otros ________________________________________________________________ 33

8. ATP_LCC ________________________________________________________________ 34

8.1. Opciones del programa ATP_LCC _______________________________________ 34

8.2. Edición de un caso de línea ______________________________________________ 35

8.3. Edición de un caso de cable _____________________________________________ 36

9. EDITOR DE TEXTOS (PFE32) _____________________________________________ 36



ii Simulación de sistemas eléctricos

9.1. Programa principal ____________________________________________________ 37

9.2. Subrutinas de apoyo____________________________________________________ 38

9.3. Estructura general de un fichero .atp o .dat ________________________________ 38

9.4. Órdenes especiales que van antes de las líneas de “miscellaneus”. ______________ 40

10. EJERCICIOS RESUELTOS ________________________________________________ 41

10.1. Ejemplo 1. Análisis de faltas en sistemas de energía eléctrica _________________ 41

10.2. Ejemplo 2. Obtención del modelo de un transformador ______________________ 54

10.3. Ejemplo 3. Obtención del modelo de una línea _____________________________ 58

10.4. Ejemplo 4. Simulación mediante TACS ___________________________________ 63

10.5. Ejemplo 5. Transitorios electromagnéticos ________________________________ 69

11. REFERENCIAS __________________________________________________________ 82



ATP - EMTP (Alternative Transients Program – ElectroMagnetic Transients Program) 1

ATP - EMTP (Alternative Transients Program – ElectroMagneticTransients Program)

1. ¿QUÉ ES ATP-EMTP?

El ATP-EMTP (Alternative Transients Program - ElectroMagnetic Transients Program) secompone de varios módulos o aplicaciones informáticas y conforma un paquete software que hasido desarrollado para llevar a cabo la simulación digital de fenómenos transitorios de naturalezaelectromagnética y electromecánica. Mediante este paquete es posible plantear y resolver lamayor parte de las situaciones que pueden darse en las diferentes instalaciones eléctricas. Así,

entre otras acciones, es posible realizar cálculos electromagnéticos y electromecánicos con finesde diseño, especificaciones de equipos o definición de parámetros eléctricos fundamentales.

La primera versión del software ATP data del año 1984 y toma como punto de partida loscódigos libres del EMTP, que hasta poco antes de dicha fecha venían siendo desarrollados en eldominio público por la Bonneville Power Administration (BPA). De hecho, su aparición estuvoíntimamente ligada al inicio de la explotación comercial de este último por parte del DCG(EMTP Development Coordination Group) y del EPRI (Electric Power Research Institute). Estenuevo planteamiento fue rechazado por el Dr. W. Scott Meyer y por el Dr. Tsu-Huei Liu,quienes continuaron con la propuesta abierta originaria e iniciaron el desarrollo y divulgación nocomercial del ATP. Desde entonces, este software se ha estado desarrollando continuamente a

través de contribuciones internacionales y de forma totalmente independiente a la versión delEMTP comercializada por la citada DCG.

Actualmente, el conjunto de aplicaciones desarrolladas en torno al ATP-EMTP conforma un paquete distribuido bajo licencia y de forma gratuita entre los miembros de los diferentes gruposde usuarios de ATP-EMTP constituidos en todo el mundo. No se trata por tanto de un softwarelibre, aunque cualquier entidad que no haya participado voluntariamente en la comercializacióndel EMTP puede solicitar la correspondiente licencia de uso y obtener una copia libre de todocargo. Para ello, debe dirigirse al grupo de usuarios de ATP que geográficamente le corresponday aceptar los términos de dicha licencia. Las condiciones para obtener esta licencia pueden serconsultadas en el sitio web del ATP/EMTP [1].

Existen grupos de usuarios de ATP-EMTP repartidos por todo el mundo para su distribución,desarrollo y apoyo. El grupo más importante es el Canadian/American EMTP User Group [2] yaque son los pioneros del desarrollo del ATP y, en lo que a Europa se refiere, existe el EEUG(European EMTP-ATP Users Group) [3].

2. ASPECTOS FUNDAMENTALES

En cuanto a las necesidades de hardware, es suficiente un PC-Pentium con MS-Windows3.x/95/98/NT/XP, con una configuración estándar de 16-MB RAM, 20 MB de espacio libre en eldisco duro y una tarjeta gráfica VGA. Aunque también existen versiones del ATP para serejecutadas bajo otro tipo de sistemas operativos.



2 Simulación de sistemas eléctricos

El ATP-EMTP es una herramienta software especialmente diseñada para analizar, tanto en suindividualidad como en su conjunto, los diferentes elementos que componen un sistemaeléctrico, así como los sistemas de control asociados a los equipos eléctricos [4]. Algunas de lasaplicaciones para los que resulta especialmente útil el ATP-EMTP son los siguientes:

- Sobretensiones atmosféricas, temporales y de maniobra.- Análisis de faltas.- Análisis de armónicos.- Conexión / desconexión de transformadores, reactancias y condensadores.- Arranque de motores.- Estabilidad transitoria.- Coordinación de aislamiento.- Análisis y ensayo de protecciones.- Transporte en corriente continua.- Compensadores estáticos de potencia reactiva: STATCOM, SVC, UPFC, TCSC.

-

Ferro resonancias.- Regímenes estacionarios sinusoidales, incorporando tanto elementos lineales como no

lineales.

El programa ATP-EMTP resuelve sistemas eléctricos (mono o polifásicos) y calcula el valor queadquieren a lo largo del tiempo las distintas variables del mismo. Para ello, trabaja conrepresentaciones del sistema obtenidas mediante la interconexión de modelos con los que secaracteriza el comportamiento de sus distintos elementos constitutivos: resistencias,inductancias, capacitancias, con parámetros concentrados y distribuidos, máquinas, interruptores,fuentes, etc. Lógicamente, todos estos elementos son fácilmente parametrizables y permitenflexibilizar sus características, a fin de poder ser adecuados a las variaciones requeridas para

modelizar los distintos tipos de elementos que pueden ser encontrados en el sistema eléctrico.Así, es posible: incluir alinealidades en las resistencias e inductancias; introducir interruptorescon tiempos de operación determinísticos, estadísticos u operados por control de otras variables;o utilizar fuentes de tensión y corriente que generan las más variadas formas de onda.

Adicionalmente, el ATP-EMTP incorpora otro tipo de recursos que posibilitan llevar a cabo elestudio y análisis de los sistemas de control y operación que gobiernan las instalacioneseléctricas modelizadas.

En cuanto a su capacidad, el programa ATP-EMTP permite afrontar con garantías la resoluciónde los sistemas más exigentes. A modo de ejemplo, reseñar que el programa estándar distribuido

por el EEUG (European EMTP Users Group) posibilita trabajar con estructuras de hasta 6000nudos, 10000 ramas, 900 fuentes, 1200 interruptores, 90 máquinas síncronas y 2250 elementosno lineales.

En este punto es importante hacer una importante reflexión. Habida cuenta de su propianaturaleza, y a pesar de sus amplias posibilidades, los programas digitales no están capacitados

para proporcionar una historia continua del fenómeno transitorio. El usuario de este tipo de programas debe ser consciente de que los resultados con ellos obtenidos conforman unasecuencia de valores que las variables del sistema adquieren en intervalos de tiempo discretos losuficientemente pequeños. Esta “discretización” de una realidad continua produce ciertos erroresde truncamiento que, en ocasiones, pueden conducir a la inestabilidad numérica [5].




3. MÓDULOS PRINCIPALES DEL SOFTWARE ATP-EMTP

Actualmente el paquete software ATP-EMTP para el estudio de regímenes transitorios integravarias aplicaciones. Dentro de ellas se incluyen las distintas versiones de compilador ATP entrelas que el usuario puede elegir y una serie de programas complementarios destinados a facilitarel uso de esta potente herramienta: editores de texto, un editor gráfico de circuitos eléctricos yaplicaciones específicas para la visualización gráfica de los resultados obtenidos.

La información incluida en este texto se ha centrado en los programas ATPCC, WatcomATP,PFE32, WPCPlot, ATPDraw y ATP_LCC. Aunque también están disponibles las aplicacionesSalfordATP, DBOS.DIR, GNUATP, GTTPLOT, PlotXY y PFE16.

A continuación se ofrece una breve descripción de cada uno de estos módulos.

3.1. ATP

Constituye el núcleo fundamental del paquete, su programa principal, y se trata en realidad delcompilador que va a permitir procesar los datos del circuito objeto de estudio. Este programamaneja ficheros de tipo texto cuya extensión es .dat o .atp. A partir de estos ficheros, quecontienen la información del circuito, todas las simulaciones que reproduce el ATP generanarchivos de datos, denominados ficheros .lis y .pl4, donde se registran los resultados de dichassimulaciones. Las tres versiones de ATP disponibles son:

- Salford ATP. Esta versión puede ser utilizada con los sistemas operativos MS-DOS y

Windows 3.1x/95/98, pero no funciona con Windows NT. Para su funcionamientorequiere de la versión 3.5 de la aplicación Salford DBOS/486 y, si se va a trabajar bajo entorno Windows, es necesario modificar el fichero SYSTEM.INI para incluir laopción WDBOS.386. Además, no admite ejecutar varios casos simultáneamente ninombres de ficheros o directorios largos (de más de ocho caracteres).

- Watcom ATP. Esta segunda versión funciona solamente bajo entorno Windows95/98/NT4/XP. Admite nombres de ficheros de gran longitud, admite ficheros dedatos de más de 150000 líneas (su uso es aconsejable para analizar casos con grancantidad de datos) y puede ejecutar simultáneamente varios casos. Como desventaja,comentar que no considera la opción gráfica interactiva SPY.

- GNU ATP. Esta última variante ha sido desarrollada utilizando compiladores libres yexisten tres versiones: GNU ATP/MingW32, GNU ATP/djgpp y GNU ATP/Linux.De ellas, EEUG solamente distribuye la primera. Dicha versión funciona únicamente

bajo entorno Windows y permite utilizar nombres largos para ficheros, proporcionaun arranque rápido y requiere menos memoria. En general, el comportamiento de estaversión es muy similar al WatcomATP.

Ninguna de las versiones del ATP permite utilizar nombres de ficheros y directorios conespacios en blanco y todas ellas incluyen un subdirectorio denominado BNCHMARK, en el cualse dispone de un gran número de ejemplos de ficheros .dat. Para poder entender el contenido de

estos ficheros ejemplos y poder usarlos como base para futuros desarrollos, es necesario tener unadecuado conocimiento de la rígida estructura que siguen este tipo de ficheros, la cual secomenta más adelante.




3.2. DBOS.DIR.

Se trata de un expandidor de memoria que necesita estar presente para que la versión SalfordATP pueda funcionar. En las versiones actuales el DBOS se activa y desactiva automáticamenteal principio y final de su utilización.

3.3. WPCPlot, PlotXY y GTPPLOT

Los datos obtenidos como resultado de la utilización del programa ATP (en cualquiera de sustres versiones) son recogidos en ficheros de salida con extensión .pl4. Estos ficheros, que secrean de modo automático y que son designados con el mismo nombre del fichero .atp ejecutado, pueden ser recogidos y utilizados con programas de salida gráfica específicamente

desarrollados para visualizar las curvas de las señales generadas en el circuito durante el régimentransitorio. En el entorno ATP-EMTP se contemplan tres programas de este tipo y suscaracterísticas más relevantes son las siguientes:

- El programa WPCPlot (PCPlot para Windows) ha sido desarrollado para ser utilizadocon las versiones de ATP que trabajan bajo Windows. Permite representar un máximode seis curvas en el mismo diagrama; presenta opciones de zoom y redraw; permiteobtener los valores numéricos instantáneos en las curvas dibujadas; se puedenrepresentar las curvas en función del tiempo o hacer una representación X-Y; etc.(Figura 6.1)

Figura 6.1. Representación gráfica mediante WPCPlot

- El programa PlotXY permite representar hasta ocho curvas en la misma gráfica; se pueden representar curvas de tres ficheros diferentes en la misma hoja; se puedenrepresentar las curvas en función del tiempo o hacer una representación X-Y;escalado automático de ejes; mediante el cursor se tiene acceso al valor instantáneo deforma numérica; permite exportar datos; etc. (Figura 6.2)




Figura 6.2. Representación gráfica mediante PlotXY

- El programa GTPPLOT puede ser utilizado bajo los entornos Windows, DOS y

Linux. Permite representar un amplio rango de ficheros gráficos detectandoautomáticamente el formato del fichero; admite la representación simultáneamente dehasta 20 curvas; permite la utilización de diagrama de barras para representar análisisde armónicos; puede generar ficheros gráficos en diferentes formatos (HP-GL, CGM,WMF, MATLAB, Mathcad, etc.); puede realizar conversión a formato COMTRADE,análisis de FOURIER, diagramas de BODE, etc. Finalmente, indicar que el programano puede ser controlado con el ratón por lo que hay que utilizar el teclado para todaslas entradas. Como se puede observar, este programa es bastante más completo perotambién más complejo de utilizar. (Figura 6.3)

Figura 6.3. Representación gráfica mediante GTPPlot

3.4. ATPDRAW

Este módulo permite crear ficheros de datos de forma gráfica, construyendo los modelos de loscircuitos eléctricos a simular de un modo rápido y sencillo. Para ello, los componentesnecesarios se seleccionan de una librería donde se ha incorporado un amplio abanico deelementos estándar predefinidos, se definen sus parámetros característicos mediante loscorrespondientes cuadros de diálogo y se interconexionan fácilmente mediante el ratón.

Para los elementos que no se encuentran en dicha librería, el usuario puede crear sus propiosmodelos usando las opciones Data Base Module y $INCLUDE. Además, se puede trabajar envarios circuitos simultáneamente, pudiéndose copiar información de unos a otros (Figura 6.4).




Figura 6.4. Creación gráfica de circuitos mediante ATPDraw

Estos circuitos, construidos de forma gráfica, se guardan con extensión .adp (.cir) y se puedenconvertir directamente a ficheros de texto con extensión .atp. Desde el ATPDraw también es posible activar directamente otros programas. Por ejemplo, se puede dar la orden de compilar losficheros .atp previamente creados o de representar gráficamente los resultados obtenidos a travésde las diversas aplicaciones gráficas de salida. En la Figura 6.5. se refleja de un modo resumidola interacción del ATPDraw con el resto de programas que integran el ATP-EMTP.

3.5. ATP_LCC

Se trata de un programa de reciente creación que permite hacer uso de las subrutinas de apoyoLINE CONSTANTS / CABLE CONSTANTS de un modo sencillo y basado en la utilización delas ventanas y cuadros de diálogos propios del entorno Windows. Es por tanto un preprocesadorde gran utilidad que proporciona los ficheros compilables por el ATP sin necesidad de acudir aleditor de textos ni de trabajar con el estricto lenguaje de programación del ATP.

3.6. PFE16 y PFE32

Son los editores de texto suministrados para trabajar con los ficheros de entrada y salida del programa ATP. Es decir, pueden ser utilizados para editar e imprimir los ficheros con formatos

.atp o .lis. Los usuarios avanzados pueden valerse de estos editores para crear y modificar losficheros de datos o para hacer uso de las opciones del ATP no contempladas en el preprocesadorgráfico ATPDraw.

Existen dos versiones: el PFE16 y el PFE32. Según sea la versión Windows instalada en elordenador, se recomienda utilizar:

- La versión PFE16 para Windows 3.1x.

- La versión PFE32 para Windows 95 y posteriores.




3.7. ATPCC

El ATP Control Center (ATPCC) actúa como una interfaz que el usuario puede utilizar paratrabajar fácilmente con el conjunto de programas que integran el paquete ATP-EMTP. De estemodo, desde el ATPCC se puede acceder al ATPDraw, al editor de textos PFE, a los programasde salida gráfica (PCPlot, PlotXY y GTPPlot) o ejecutar directamente el propio ATP. En laFigura 6.5 se representa la interrelación entre todos estos programas.

Figura 6.5. Interacción entre los programas del ATP-EMTP

Las características más relevantes de esta aplicación son:

- Puede trabajar simultáneamente con dos versiones diferentes del ATP.

- Permite la integración y enlace con hasta diez programas adicionales.

- Puede ejecutar ficheros de ATP, ATPDraw, PCPlot sin más que hacer doble clic

sobre el nombre del fichero.- Dispone de una ventana de eventos en donde se muestran los comandos previamente

ejecutados. Esta ventana permite ejecutar de nuevo comandos anteriores haciendo cliccon el ratón sobre dicho comando.

- Permite definir “proyectos” de casos de simulación.

3.8. Ficheros de inicialización

Además de los módulos ya comentados, existen unos ficheros de inicialización donde se

especifican ciertos parámetros del software ATP: capacidad, formatos de salida, etc. En caso deser necesario cambiar el valor de alguno de dichos parámetros, estos ficheros pueden ser editadosy modificados mediante los editores de textos PFE. Estos ficheros de inicialización son:




- Graphics: permite la definición de parámetros relativos a vectores gráficos para su presentación en pantalla, salidas en formato HP-GL y postcript.

- Listsize.dat: permite especificar los valores límite para dimensionamiento dinámicode tablas.

- Startup: permite la inicialización de diversas variables dependientes de la instalación:valores numéricos, manejo de ficheros, ajuste de vectores gráficos, etc.

En el caso de sistemas y/o equipos sencillos, es suficiente con los valores que los parámetros deestos ficheros tienen por defecto. Pero si se desea obtener mayor información sobre estosficheros, se puede acudir al Rule Book o manual de uso del ATP-EMTP [6].

4. ELEMENTOS DISPONIBLES EN EL ATP

En el esquema de la Figura 6.6 se muestran los módulos de simulación de que dispone el ATP,las subrutinas de apoyo y la interacción entre ellos. Con todos estos elementos se puedencomponer modelos de menor o mayor complejidad, que representan los diferentes equipos ycomponentes encontrados en los sistemas eléctricos. La adecuación de estos modelos dependeráde las hipótesis asumidas por el usuario y del entendimiento acerca del comportamiento dedichos modelos, así como de las características del sistema y de los fenómenos simulados.

Figura 6.6. Elementos disponibles en el ATP




4.1. Componentes eléctricos básicos

Los elementos básicos con que cuenta el programa son: resistencias, inductancias,condensadores, interruptores y fuentes, que, con diversas variaciones, permiten el desarrollo degran cantidad de modelos de sistemas eléctricos.

Estos componentes están agrupados en forma de ramas (BRANCHES), interruptores(SWITCHES) y fuentes (SOURCES), que integran los siguientes elementos:

- Ramas lineales (LINEAR BRANCHES), que pueden ser:

- R, L, C concentrados (tipo 0)- R- L acoplados mutuamente (tipo 51, 52, 53...)- Circuitos π-equivalentes acoplados (tipo 1, 2, 3...)

- Líneas de transmisión de parámetros distribuidos (tipo –1, -2, -3...)- Transformadores

- Ramas no lineales (NONLINEAR BRANCHES), que pueden ser:

- Inductancias no lineales (tipo 93)- Resistencias no lineales (tipo 92)- Resistencias variables con el tiempo (tipo 97)- Resistencia pseudo-nolineal R(i) (tipo 99)- Inductancia pseudo-nolineal L(i) (tipo 98)- Inductancia pseudo-nolineal con histéresis L(i) (tipo 96)- Elementos controlados por TACS o MODELS (tipo 91, 94, etc.)

-

Interruptores (SWITCHES), que pueden ser:- Controlados por tiempo o por tensión- Con tiempo de cierre aleatorio dentro de una distribución estadística.- Con tiempos de cierre variables sistemáticamente entre valores predefinidos.- Diodos o tiristores controlados por TACS o MODELS (tipo 11)- Triacs controlados por TACS o MODELS (tipo 12)- Interruptores simples controlados por TACS o MODELS (tipo 13)

- Fuentes (SOURCES), que incorporan elementos tales como:

- Formas de ondas básicas (escalón, rampa, doble rampa, sinusoide, etc.)

-

Fuentes moduladas por TACS o MODELS- Fuentes de tensión o intensidad controladas por TACS o MODELS- Máquinas rotativas: máquina síncrona (tipos 58 y 59) y máquina universal (tipo 19).- Formas de onda a definir por el usuario

4.2. Subrutinas de apoyo integradas

A continuación se presentan las distintas subrutinas que tiene el programa ATP y que sirven deapoyo para: el cálculo de parámetros de líneas y de transformadores, modelización de pararrayos,

etc. Al final del capítulo se incluyen ejemplos de utilización de alguna de ellas para mostrar suestructura y forma de empleo. Algo que resulta especialmente útil en el caso de tener quedesarrollar un modelo que no exista en el preprocesador gráfico ATPDraw.




LINE CONSTANTS

Es la subrutina de soporte encargada del cálculo de los parámetros eléctricos de líneas aéreas a partir de las dimensiones de la torre, las características del conductor y de la disposición del

conductor sobre dicha torre. Entre otros casos, esta subrutina puede ser aplicada:

- Para calcular la matriz de resistencia, inductancia y capacitancia (tanto para componentessimétricas como para componentes de fase) en una configuración dada, a una frecuenciaentre 0,0001 Hz y 500 kHz.

- Para calcular el acoplamiento mutuo entre una línea trifásica de transmisión de potencia yuna línea paralela de comunicación.

- Para calcular un circuito π equivalente o un circuito π nominal.

- Para obtener un modelo de onda viajera. Este modelo es válido tanto para líneas traspuestascomo no traspuestas.

CABLE CONSTANTS / CABLE PARAMETERS

Son las subrutinas de soporte encargadas del cálculo de los parámetros eléctricos de cables. La principal función de CABLE CONSTANTS es calcular las matrices de resistencia, inductancia ycapacitancia que corresponden a una configuración arbitraria de cables coaxiales de núcleosimple. Aunque también puede trabajar con otro tipo de cables: de configuración tipo tubería ocon pantalla conductora; con pantalla sin aislador tubular rodeándola; coaxiales de núcleo simplemacizo; coaxial formado solo por un núcleo simple tubular, sin aislantes; etc.

La opción CABLE PARAMETERS es más moderna y puede trabajar con cables de formasvariadas en lo que se refiere a la sección del cable.

SEMLYEN SETUP

Esta subrutina de soporte se puede usar para crear modelos de líneas aéreas convencionales o desistemas de cables subterráneos o aéreos, válidos para estados transitorios al ser de onda viajera.En el modelo de onda viajera tanto la respuesta de propagación como la respuesta de admitanciase obtienen usando características modales, calculadas sobre un rango de frecuencia predefinido,

bajo el supuesto de una matriz de transformación constante (transformación fase-modo). Ambas

respuestas son aproximadas en el dominio del tiempo, usando solo dos exponenciales reales, permitiendo así el empleo de métodos de convolución recursiva en el dominio del tiempo.

JMARTI SETUP

Esta subrutina puede generar el modelo de onda viajera, válido para líneas aéreas y cablessubterráneos. En el modelo de onda viajera tanto la impedancia característica Zc como la funciónde propagación se obtienen usando características modales, calculadas sobre un rango defrecuencia predefinido por el usuario, bajo el supuesto de una matriz de transformación constante(transformación fase-modo).




XFORMER

La subrutina de soporte XFORMER puede emplearse para calcular una representación matriciallineal [ R]-[wL] de un transformador monofásico, tanto de dos como de tres devanados, utilizando

los datos resultantes de los ensayos de vacío y de cortocircuito a la frecuencia nominal. Estemodelo no considera las pérdidas de vacío pero sí las pérdidas de cortocircuito. Tampococonsidera las capacidades parásitas, ni es un modelo válido para frecuencias extremadamente

bajas.

Esta subrutina da como salida un circuito equivalente del transformador monofásico que sirve para insertarlo en una red eléctrica donde se consideran acoplamientos mutuos entre ramas.

BCTRAN

La subrutina de soporte BCTRAN se puede usar para calcular una representación lineal [ A]-[ R] o[ R]-[wL] ([ A] es la inversa de [ L]) de transformadores monofásicos o trifásicos, con núcleo decolumnas o con núcleo tipo acorazado, y de dos, tres o más devanados, a partir de los resultadosde los ensayos de vacío y de cortocircuito a la frecuencia nominal. Este modelo puede considerarlas pérdidas de vacío y las de cortocircuito.

En esta representación se ignoran las capacidades parásitas, y por tanto este modelo solo esválido hasta por encima de unos pocos kHz. Al contrario que el XFORMER, el modeloBCTRAN sí es válido a bajas frecuencias. Esto es debido al hecho de que las partes resistiva einductiva de la impedancia de cortocircuito se tratan separadamente.

El comportamiento no lineal no está incluido en el modelo BCTRAN propiamente. Talcomportamiento (saturación o histéresis) puede considerarse mediante la adición de unoselementos adecuados (tipos 93, 96, 98) conectados a los propios terminales del transformador enla red eléctrica, durante una simulación transitoria o permanente. Ahora bien, en tal caso esobligatorio especificar Ivacío = 0, pues de otro modo la inductancia de magnetización se tendríaen cuenta dos veces.

SATURA

Para poder considerar la saturación en los transformadores, se utiliza la subrutina de soporte

SATURA. Internamente utiliza el modelo de bobina de reactancia pseudo no lineal, es decir, L(i). Para obtener los datos necesarios, se necesitan los valores de las tensiones e intensidadescorrespondientes a varios niveles de tensión, creando así una curva o característica (Vrms, Irms).A continuación, se recurre a la rutina de soporte SATURA para crear la necesaria característicade valores de pico (flujo, corriente).

HYSDAT

Permite representar el ciclo de histéresis del circuito magnético de un transformador. Estasubrutina representa fundamentalmente la forma del ciclo de histéresis para un material dado del

núcleo magnético. Los resultados proporcionados por esta subrutina (ϕ , i) se utilizan como datosde entrada de una reactancia no lineal tipo 96, teniendo en cuenta que solo se puede seleccionaruna curva del ciclo.




ZNOFITTER

Esta subrutina se ha desarrollado para realizar la representación del comportamiento no lineal delos pararrayos de óxido de zinc a partir de la información suministrada por el fabricante. La

característica no lineal del pararrayos se aproxima por un número arbitrario de segmentosexponenciales. Este modelo se puede utilizar para representar pararrayos sin intersticios y pararrayos equipados con intersticios pasivos en serie o en paralelo.

DATA BASE MODULE

Por medio de esta subrutina el usuario puede crear un módulo o librería para un componente.Este módulo se almacena como un fichero ordinario y se puede utilizar cada vez que hay queincluir ese componente en un fichero ATP, por medio del comando $INCLUDE, seguido de unalista de argumentos que describen el componente local. Cuanto más se repiten algunos

componentes en la red a simular, más eficiente es el uso de la modularización de datos. Elformato de entrada para esta subrutina tiene dos secciones diferentes:

- Una declaración de argumentos con la lista de nombres de parámetros. Los tipos de parámetros que se pueden especificar en dicha lista son: nombres de nudos y valoresnuméricos.

- Una plantilla que representa la forma de introducir los datos de ese elemento según elformato ATP.

En general, el formato de la sentencia $INCLUDE es:

$INCLUDE, nombre de fichero, arg-1, ........, arg-n

4.3. Módulos de simulación integrada

TACS

El TACS (Transient Analysis of Control Systems) fue concebido originalmente para simular elcontrol de convertidores HVDC, pero actualmente gozan de un campo de aplicación muchomayor. Así, pueden ser usados para simular: el control de convertidores HVDC; sistemas deexcitación de maquinas síncronas; funciones de limitación de intensidad en pararrayos; el cebadode arcos en interruptores; y, en general, aquellos dispositivos o fenómenos que no se puedenmodelizar con los componentes eléctricos existentes en el ATP-EMTP.

La programación con TACS se emplea para resolver las ecuaciones diferenciales y algebraicasasociadas. Para ello se utiliza una representación basada en diagramas de bloques (del mismotipo a los utilizados en disciplinas como la automática), donde las distintas partes del sistemaaparecen interconexionados y, básicamente, se modelizan mediante los siguientes elementos:

- Bloques simbolizados por su función de transferencia en s (variable de Laplace), que pueden

ser de cualquier orden y que siguen la regla:SALIDA = GANANCIA ∗ Σ ( ENTRADAS ) ∗ G(s)




- Sumadores o bloques de orden cero, del tipo

SALIDA = GANANCIA ∗ Σ ( ENTRADAS )

- Limitadores, estáticos o dinámicos, con los valores límites constantes o variables, aplicados

sobre las funciones de transferencia y los bloques de orden cero.- Fuentes a modo de señal de entrada, tales como impulsos, pulsos, señales escalón, señales

sinusoidales, cualquier tensión de nudo, intensidades de los interruptores y sus estadosmedidos en la red eléctrica, y otros.

- Variables suplementarias lógicas y algebraicas, utilizando los operadores estándares y todaslas funciones de las librerías FORTRAN.

- Dispositivos de aplicación especial, tales como medidores de frecuencia, triggers, retrasos enel transporte, retraso de pulsos, digitalizadores, no linealidades definidas por el usuario puntoa punto, interruptores a tiempos secuenciales, integradores controlados, derivadores simples,componentes de entrada condicional, selectores de señal, acumuladores y contadores, etc.

Adicionalmente, cualquier señal obtenida con el módulo TACS puede ser utilizada dentro de lared eléctrica simulada, incorporándola como una fuente de tensión o intensidad, o como unaseñal que controle la operación de un interruptor, válvula o diodo.

MODELS

MODELS [7] es un lenguaje de programación que se usa en el EMTP-ATP para simularvariables dependientes del tiempo con características especiales. Se crean de formaindependiente al programa principal y pueden ser llamados por cualquier programa cuantasveces se desee. Su estructura es muy similar a la de otros lenguajes de programación, como porejemplo el FORTRAN, con sentencias del tipo FOR, IF, WHILE...

En la descripción de los MODELS se definen los elementos que lo componen, su interacciónentre ellos y con el programa principal, cómo se deben simular, etc. Por otra parte, su definiciónincluye declaraciones, directivas de simulación y procedimientos de operación.

En las declaraciones se debe especificar:

- CONST: nombre, tamaño del array y el valor de las constantes del MODEL.

-

DATA: nombre, tamaño del array y valor por defecto (opcional) de los parámetros delMODEL (constantes cuyo valor se asigna externamente).- VAR: nombre y tamaño del array de las variables.- INPUT: nombre, tamaño de array y valor por defecto (opcional) de las entradas del MODEL.- OUTPUT: elementos del MODEL que se usarán como salidas del mismo.- FUNCTION: descripción de las funciones usadas en el MODEL.- MODEL: descripción de los submodels usados en el MODEL.

En las directivas de simulación se especifica:

- TIMESTEP: valor por defecto (opcional) de los límites mínimo y máximo del intervalo de

simulación.- INTERPOLATION: grado de interpolación por defecto aplicado en las entradas delMODEL, cuando éste se usa con subintervalos del intervalo de simulación externo.




- DELAY: tamaño por defecto de la memoria necesaria para el almacenamiento de valoresasociados con el uso de la función delay().

- HISTORY: nombre de las variables para las cuales tiene que crearse una historia previa alcomienzo de la simulación. Se puede usar, opcionalmente, para asignar funciones históricas

por defecto a cualquiera de las entradas y variables del MODEL.

En los procedimientos de operación se describe:

- EXEC: algoritmo de ejecución del MODEL.- INIT: algoritmo de iniciación del MODEL.

Cada uso de MODEL se introduce por el comando USE especificando las entradas y salidascorrespondientes a esa llamada. Los nombres de los elementos definidos en un MODEL no sonvisibles desde el exterior y se pueden elegir sin considerar las posibles coincidencias connombres ya usados fuera de este MODEL.

5. ATPCC

ATP Control Center (en lo sucesivo ATPCC) ha sido concebido como una interfaz de fácilmanejo que ayude al usuario en la utilización del paquete de programas que conforman el ATP-EMTP (ATP, ATPDraw, PCPlot, editor de texto, etc.).

5.1. Pantalla principal

Al ejecutar el ATPCC aparecerá la pantalla principal del programa (Figura 6.7). Pantalla que conun formato habitual en el entorno Windows, aparece dividida en varias zonas diferentes: línea demenús, barra de acceso rápido a programas, zona de trabajo y ventana de últimos comandosejecutados.

Figura 6.7. Pantalla principal del programa ATPCC




5.1.1. Línea de menús

En ella se encuentran los siguientes submenús:

Programs: A través de este submenú es posible acceder a la ejecución de los programas principales (ATPDraw, PCPlot, Editor), editar un bloc de notas (Memo) o salir del programa(Exit). El bloc de notas no es más que un pequeño editor de texto que permitirá al usuarioescribir los apuntes que considere oportunos. De modo que la siguiente ocasión que se abra,

presentará el texto recordatorio previamente grabado. La llamada a estos programas se puederealizar además a través de sus iconos correspondientes de la barra de acceso rápido o utilizandoel teclado mediante combinación de ciertas teclas.

Users Programs: Por medio de este segundo submenú se pueden ejecutar los diferentes programas adicionales incorporados por el usuario. Del mismo modo que en el caso anterior,estos programas podrán también ser ejecutados desde la barra de acceso rápido.

Project: Opción que permite añadir, editar y borrar los proyectos de trabajo definidos. El trabajocon proyectos se describe en el apartado correspondiente.

Options: Submenú que se utiliza para llevar a cabo la configuración personalizada del ATPCC.Definiendo la localización y algunos parámetros de los programas principales, así como los

programas adicionales que se quieren incorporar al funcionamiento del ATPCC. En el apartadodestinado a la configuración del ATPCC se incluye una descripción detallada de las distintasopciones englobadas dentro de este submenú.

Help: muestra las condiciones de la licencia de uso del ATPCC, la versión del programa y proporciona una ayuda cuyo contenido y formato es similar al de otros programas del entornoWindows. Para ello es necesario que se disponga de los ficheros ATPCC.hlp y ATPCC.cnt.

5.1.2. Barra de acceso rápido

En ella aparecen los iconos correspondientes a los diferentes programas que se pueden llamar yejecutar desde la pantalla principal del ATPCC.

Por defecto, el ATPCC solamente presenta los iconos de los programas principales (PCPlot,ATPDraw y Editor) y del bloc de notas. En caso de que el usuario haya definido algún programaadicional, su icono correspondiente se añadirá a esta barra y el programa podrá ser ejecutadohaciendo clic sobre el mismo. Si el programa adicional incorporado no dispone de iconoconcreto, el usuario puede adjudicarle uno de entre los iconos predefinidos.

Tal y como se ha indicado en el subapartado anterior, todos estos programas pueden también serejecutados desde la línea de menús, accediendo por el submenú adecuado.

5.1.3. Zona de trabajo

En la parte superior de la zona de trabajo se encuentran dos menús desplegables en los que sedebe seleccionar la unidad de disco en la que se vaya a trabajar y el tipo de ficheros, definido porsu extensión, que se quiere utilizar en cada momento.




En la parte central se ubican un menú desplegable y tres pulsadores destinados a facilitar elempleo de los ficheros pertenecientes a distintos trabajos y que se utilizarán al manejar“proyectos”.

A la derecha de los anteriores se dispone de un espacio donde se podrá definir el fichero que sequiere ejecutar con el programa ATP. Fichero que puede ser especificado escribiendodirectamente su nombre, extensión y ubicación mediante su “path”, o más sencillamente,valiéndose del ratón, arrastrándolo desde la ventana inferior y soltándolo dentro del espaciohabilitado al efecto

En la parte inferior aparecen dos ventanas en las que se reflejan el árbol de carpetas o directorioscorrespondiente a la unidad de disco seleccionada (ventana izquierda) y los ficheros con laextensión seleccionada que se encuentran en la carpeta abierta (ventana derecha). En lo que alárbol de carpetas hace referencia, es posible moverse y abrir las carpetas de igual forma a comose haría con el explorador de Windows.

Por último, en la parte inferior derecha de la zona de trabajo se puede encontrar una serie deopciones y mandos cuyo significado y utilización se especifican en el apartado correspondienteal uso y ejecución del ATP-EMTP.

5.1.4. Ventana de últimos comandos utilizados

En la parte inferior de la pantalla se incluye una ventana donde se van a registrar los últimoscomandos ejecutados, con indicación de la fecha y hora de su utilización. El número de eventosque se almacenan en esta ventana puede ser definido por el usuario en el cuadro de dialogo que

aparece al acceder al menú Options Settings.

Cualquier comando registrado en esta ventana puede volver a ejecutarse sin más que hacer dobleclic sobre la línea que lo recuerda.

El tamaño de esta ventana puede ser modificado por el usuario (ver apartado correspondiente a laconfiguración de parámetros generales), e incluso se puede hacer desaparecer utilizando el

pulsador Event Window (On/Off) de la zona de trabajo. En este caso bastará volver a pulsardicho botón para que la ventana de eventos reaparezca.

5.2. Configuración del ATPCC

Cuando se ejecuta por primera vez, el programa ATPCC debe ser configurado por el usuario deacuerdo a sus necesidades particulares y a la ubicación que haya dado en su ordenador personal alos distintos programas. De este modo, se deberá definir una serie de parámetros generales yotros relativos a los programas principales y a los programas adicionales.

Esta configuración del programa se realizará a través de las distintas opciones que aparecen bajoel apartado Options de la línea de menús.




5.2.1. Configuración de los Programas Principales

Para proceder a la configuración de los programas principales que son utilizados a través delATPCC (ATP, ATPDraw, PCPlot y el Editor) se accederá a través de la línea de menús

escogiendo dentro de Options la opción Main Programs Settings.

Figura 6.8. Cuadro de diálogo para configuración de programas principales: ATP

Al hacerlo, se presentará un cuadro de dialogo compuesto por dos páginas. La primera de ellas(Figura 6.8) hace referencia a los parámetros relativos a las dos versiones del programa ATP que

posteriormente se podrán ejecutar desde el ATPCC. En ella hay que definir para cada una de lasversiones:

- Nombre del programa: Para su identificación en el menú correspondiente.- Identificación del programa: Dado por la ubicación de su ejecutable dentro del PC. El botón

que hay a la derecha de este espacio permite buscar el fichero dentro del disco, evitándose asítener que escribir su path completo.

- Extensión de los ficheros que pueden ser ejecutados por el programa.

En el caso de la segunda versión de ATP a utilizar, incluye la posibilidad de sustituir el parámetro “*” por “s”. Lo cual es necesario cuando se utiliza la versión GNU/Mingw32.

Además, hay que especificar las opciones por defecto con las que se ejecutarán las dos versionesdel ATP incorporadas:

- Save on: Salvar los resultados obtenidos en un fichero de extensión .lis (disk) o presentarlostambién en la pantalla (both).

- Output Parameters:

- “*”: Se marcará esta casilla cuando se desee que el nombre del fichero de salida coincidacon el del .atp ejecutado. En caso contrario se especificará el nombre del fichero desalida (incluyendo su extensión .lis o .out).

-

“-R”: Se seleccionará esta opción si se quiere que cuando ya exista un fichero .lis correspondiente al .atp ejecutado, el resultado de una nueva simulación se sobrescriba enese mismo fichero.




Una vez definidos todos los parámetros relativos a los programas ATP, y antes de cerrar elcuadro de dialogo, se deberá validar la configuración mediante el pulsador Apply situado en la

parte inferior de la hoja.

En la hoja correspondiente al resto de los programas principales (Figura 6.9) se actuará de unmodo similar, concretando la identificación de cada programa, la extensión de los ficherosejecutables con cada uno de ellos y, en el caso del editor, el nombre asignado al mismo. Paravalidar la configuración elegida, se usará el pulsador Apply antes de cerrar el cuadro.

Figura 6.9. Cuadro de diálogo para configuración del resto de los programas principales

5.2.2. Configuración de Programas Adicionales

En el ATPCC se contempla la posibilidad de realizar llamadas a otros programas desde la propia pantalla principal, sin más que seleccionar el icono correspondiente en la barra de acceso rápido.

Para añadir, modificar o eliminar programas adicionales se seleccionará en la línea de menús laopción Options Additional Programs. Al hacerlo, se presentará un cuadro de dialogocompuesto por tres páginas.

Figura 6.10. Incorporación de programas adicionales




La primera de ellas (Figura 6.10) se usará para incorporar nuevos programas, y en ella se definiráel nombre del programa, ubicación de su ejecutable, su directorio de trabajo y la extensión de losficheros que se utilizarán como entrada al mismo. Cuando el programa adicional añadido nodispone de un icono propio, se le puede asignar uno seleccionándolo de entre los predefinidos en

el cuadro de imágenes que aparecerá al pulsar el botón Another Icon y validando dichaselección mediante el Set del mismo.

Se dispone además de dos opciones adicionales:

- Cut extension of input file: Elimina la extensión a los ficheros de entrada antes deejecutarlos con el programa adicional.

- Default PLOT: Se utiliza cuando se quiere que el programa adicional añadido (por ej.:GTPPLOT o PlotXY) actúe como programa gráfico por defecto. En este caso, la extensiónde los ficheros de entrada deberá estar definida como .pl4.

Una vez definidos todos los parámetros relativos al nuevo programa, mediante el pulsador Addnew, se validarán los datos y se incorporará al conjunto de programas adicionales.

En la pestaña Edit se ofrece la posibilidad de editar y modificar los programas adicionalesincorporados. Para ello habrá que seleccionar el programa a editar en el cuadro que aparece al

pulsar Edit existing program, modificar aquellos aspectos que se deseen y salvar los cambios(Save changes) antes de cerrar el cuadro.

Por último, la tercera pestaña se utilizará para eliminar aquellos programas adicionales que no sequiera llamar desde el ATPCC.

5.2.3. Configuración de parámetros generales

Accediendo al submenú Options Settings aparece un cuadro de dialogo (Figura 6.11) dondese puede establecer una serie de parámetros de carácter general:

- ATP Control Center Working Directory: Permite definir el directorio de trabajo del programa ATPCC. En él se guardarán los archivos creados por el programa, tales como losficheros “Memo” correspondiente al bloc de notas o atpcc.log donde se graban los últimos n comandos ejecutados. Siendo n el número de eventos definido en el punto siguiente.

- Log file: Donde se puede definir el número de eventos a recordar en la ventana de últimoscomandos utilizados. Asimismo, existe la posibilidad de salvar estos comandos en un fichero(atpcc.log) para su posterior utilización o para recuperarlos la próxima ocasión en la que seuse el programa ATPCC.

- Save last window position: Opción a seleccionar cuando se desee guardar la posición y eltamaño de la ventana del programa para la próxima vez que se utilice.




Figura 6.11. Configuración de parámetros generales

5.3. Definición y uso de proyectos

Con el fin de facilitar la selección de los ficheros a utilizar, el ATPCC contempla la posibilidadde definir proyectos de trabajo. De modo que una vez establecidos, bastará seleccionar el

proyecto en el que se quiera trabajar para que el programa presente directamente los directoriosdonde se localizan los ficheros pertenecientes a dicho proyecto.

Asimismo, se puede especificar el tipo de ficheros que se mostrarán al usuario en la ventana deficheros cuando se seleccione cada uno de los programas principales.

5.3.1. Definición de Proyectos

Para añadir un nuevo proyecto, editar el proyecto actual o borrar uno ya existente, se accederá através de la opción Project de la línea de menús y se elegirá el submenú oportuno (Add newproject, Edit current project y Delete project respectivamente).

Hay que tener en cuenta que a la hora de borrar un proyecto se presenta un cuadro con todos los proyectos definidos, donde se seleccionará aquél que se desea eliminar. Sin embargo, cuando setrata de editar y modificar un proyecto ya existente, el procedimiento es distinto. En este caso el

proyecto que se edita es el actual, razón por la cual previamente a elegir esta opción habrá queseleccionar el proyecto a modificar en el menú desplegable de la zona de trabajo.

El cuadro de diálogo que se presenta para añadir un nuevo proyecto es igual en cuanto a sucontenido al que se encontrará al proceder a editar el proyecto actual (Figura 6.12). En ellos sedebe definir los siguientes datos:

- Nombre del proyecto.- Directorio de trabajo para cada programa principal. Carpeta donde cada uno de ellos

archivará todos los ficheros relativos a ese proyecto.- Extensión de los ficheros que pueden ser ejecutados por cada programa. En este caso

únicamente se podrá optar entre las alternativas previamente definidas en el Editor de Filtros(Project Filter Editor).

Como en general todos los ficheros referentes a un proyecto se archivarán en una misma carpeta,

al modificar el directorio de trabajo del primero de los programas principales (ATP) sereasignarán automáticamente los directorios del resto. No obstante, en caso de desear trabajar




con distintas carpetas, se podrán modificar individualmente los directorios correspondientes a los programas ATPDraw y PCPlot.

Figura 6.12. Definición de proyectos Figura 6.13. Editor de filtros

Previamente a la definición de un proyecto, será necesario acceder al Editor de Filtros (Figura6.13) a través del submenú Project Filter Editor, si con alguno de los programas principalesse desea utilizar un tipo de fichero cuya extensión sea distinta a las predefinidas para dicho

programa. Por medio de dicho editor se podrá añadir, modificar o borrar los filtros aplicados alos ficheros pertenecientes al proyecto en cuestión.

5.3.2. Manejo de Proyectos

Una vez que un proyecto ha sido correctamente definido, se puede trabajar con él sin más queseleccionarlo en el menú desplegable dispuesto al efecto en la zona de trabajo. Automáticamenteen la ventana donde se muestra el árbol de directorios se abrirá la carpeta de trabajocorrespondiente al proyecto escogido.

Inmediatamente debajo del menú desplegable anterior se encuentran tres pulsadores, uno paracada programa principal (ATP, ATPDraw y PCPLot). Utilizando estos pulsadores se abriránlas carpetas previamente definidas en el proyecto actual para cada uno de los programas y en laventana de ficheros se mostrarán únicamente aquellos que sean conformes al filtro establecido.

5.4. Uso y ejecución de programas

5.4.1. ATP-EMTP

Antes de utilizar el ATP-EMTP es necesario configurar una serie de parámetros que seránincorporados a la línea de comandos que servirá de entrada al programa. En ellos se incluyeinformación relativa a las características de la ejecución a realizar. El valor actual de estos

parámetros, cuyo significado e influencia ya ha sido analizado en apartados anteriores, puede ser

visualizado y modificado en la parte derecha de la zona de trabajo. Ahora bien, cada vez que searranque el programa se volverán a cargar sus valores por defecto, los cuales han sido predefinidos durante la configuración del ATPCC.




Por otro lado, el programa permite utilizar indistintamente las dos versiones del ATP-EMTP quehan sido configuradas como programas principales del ATPCC. Para elegir la versión con la quese quiere trabajar en cada momento, se dispone de un menú desplegable (ATP Programs) dondese deberá seleccionar la deseada. Por defecto, el programa presenta como prioritaria la versión

definida en primer lugar durante la configuración del mismo.En cuanto a la forma de utilizar el ATP-EMTP, existen diferentes maneras de proceder a suejecución. Siendo en todas ellas necesario concretar en primer lugar el fichero .atp que se deseasirva de entrada al programa.

- Pulsando Execute ATP. Se ejecutará la versión del ATP-EMTP seleccionada, utilizandocomo fichero de entrada aquél que esté definido en el cuadro ATP input data file.

- Haciendo doble clic directamente sobre el fichero de extensión .atp que se desee utilizarcomo entrada al programa.

- Pulsando el botón derecho del ratón. Una vez seleccionado el fichero de extensión .atp que

se desea sirva como entrada, se pulsa el botón derecho del ratón dentro del área de la ventanade ficheros. A continuación aparecerá un cuadro de dialogo donde se escogerá la opcióncorrespondiente al programa ATP.

- Por medio de la ventana de últimos comandos. Si lo que se quiere es repetir la ejecución del programa con los mismos parámetros de entrada utilizados con anterioridad, bastará conhacer doble clic sobre la línea correspondiente al comando en cuestión, dentro de la ventanade últimos comandos ejecutados.

5.4.2. Resto de programas

Para ejecutar el resto de los programas principales o cualquiera de los adicionales existentambién diferentes procedimientos. La mayoría son comunes a todos ellos, razón por la que eneste apartado se describen conjuntamente, especificando para cada caso su aplicabilidad.

- Utilizando la línea de menús. Se podrá acceder a los programas principales a través delsubmenú Programs y a los adicionales por medio de la opción User Programs. En amboscasos se arrancan los programas sin abrir ningún fichero.

- Utilizando la barra de acceso rápido. Se accederá a ambos tipos de programas seleccionandosu icono correspondiente. No se especifica fichero de entrada alguno.

- Haciendo doble clic directamente sobre un fichero dentro de la ventana de ficheros.

Automáticamente se arrancará el programa principal que se corresponda con la extensión delfichero escogido. El programa se iniciará con dicho fichero abierto.

- Pulsando el botón derecho del ratón. Aparecerá un cuadro de dialogo donde se escogerá el programa principal o adicional a utilizar. Si antes de realizar la operación anterior se haseleccionado un fichero cuya extensión sea compatible con el programa a ejecutar, el ficheroserá abierto automáticamente al iniciarse aquél.

Esto será especialmente útil cuando sea posible aplicar diferentes programas a un mismofichero. Por ejemplo, si se desea editar un fichero .atp no se podrá hacer doble clic sobre elmismo. Dado que así lo que se haría es ejecutar la versión de ATP activa, usando ese ficherocomo entrada. Esta operación se puede emplear también cuando se quiera eliminar algúnfichero, dado que la opción Delete está incluida en el cuadro de diálogo que surge al utilizarel botón derecho del ratón.

- Por medio de la ventana de últimos comandos.




6. ATPDRAW

La compleja estructura de los ficheros de datos manejados por el programa ATP supone que sucreación y edición mediante los editores de texto quede reservado para los usuarios

experimentados. Por ello, se ha desarrollado una aplicación gráfica de ayuda, denominadaATPDraw [8-9], capaz de crear y editar sistemas eléctricos para poder simularlos de formainteractiva. Con este preprocesador gráfico, el usuario puede construir un circuito eléctrico deforma gráfica y sencilla. Y posteriormente, desde el propio ATPDraw, crear el código texto delcircuito correspondiente en formato .atp de forma que pueda ser interpretado por el compilador.

Este programa, que ha sido desarrollado por H. K. Hoidalen de SINTEF Energy Research(anteriormente EFI), cuenta con más de 70 componentes eléctricos predefinidos en su librería eincluye la posibilidad de simular componentes nuevos basados en otros anteriores mediante elmódulo Data Base Module (DBM). Permite también la modelización de circuitos tantomonofásicos como trifásicos e incorpora funcionalidades de carácter básico como copiar, pegar,

rotar, importar/exportar, agrupar/desagrupar, deshacer o imprimir.

Las características más interesantes de este programa, se pueden resumir en las siguientes:

− Se pueden representar esquemas monofásicos y trifásicos.

− Se pueden nombrar las diferentes posiciones de los extremos de las líneas y de las barras delsistema. De este modo el usuario puede reconocer rápidamente los nudos del sistema que leinteresan.

− El usuario puede seleccionar los diferentes componentes por medio de menús desplegables.

− Se facilita la creación de módulos o elementos nuevos. Esta opción permite la creación decomponentes no incorporados en el programa y de módulos que surgen debido al uso deelementos agrupados o de los mismos parámetros.

− Se permite trabajar en más de un circuito independiente al mismo tiempo, gracias a laestructura de ventanas tipo Windows. Por ejemplo, es posible copiar elementos o partes delsistema de uno a otro circuito, exportar a un fichero los elementos seleccionados o importarlos componentes guardados en un fichero.

Dentro de la carpeta ATPDraw existen varios subdirectorios cuyos nombres están relacionadoscon la extensión que se les aplica a los ficheros que se utilizan bajo el entorno ATPDraw. Así:

- En el subdirectorio Atp se guardan los ficheros con extensión .atp. Es decir, aquellos dondeel circuito eléctrico ha sido traducido en modo texto con el formato adecuado para que lo

pueda interpretar el compilador.- En Bct se guardan los ficheros .bct que contienen los datos de entrada requeridos por la

subrutina BCTRAN para obtener el modelo eléctrico del transformador.

- En Grp se incluyen los ficheros que contienen los datos de los grupos creados por el usuario.

- En lcc se encuentran los ficheros con extensión .alc que contienen datos de las líneas ycables. Estos ficheros son usados para crear el modelo eléctrico de dichas líneas o cables.

- En Project es donde se guardan los ficheros de circuitos eléctricos creados de forma gráfica,a los cuales se les asigna la extensión .adp (también admite la extensión .cir que es la que seutilizaba en versiones anteriores). Dentro de esta carpeta se incluyen una decena de ejemploscon diferentes tipos de circuitos, cuya consulta puede resultar muy interesante para losusuarios no experimentados.

- Finalmente, en los subdirectorios Mod y Usp se guardan nuevos dispositivos desarrollados por el usuario, ya sea utilizando la opción MODELS o la opción Data Base Module.




Por defecto, los ficheros creados por el ATPDraw serán guardados en los directorios antescitados. No obstante, el usuario podrá definir nuevos directorios por defecto en la pestañaDirectories del cuadro de diálogo Tools Options.

6.1. Opciones del programa ATPDRAW

La pantalla principal de este programa ofrece el aspecto habitual de las aplicacionesdesarrolladas en entorno Windows (Figura 6.14) y se divide en tres zonas claramentediferenciadas: línea de menús, barra rápida de herramientas y área de trabajo. Ésta últimaaparecerá vacía hasta que no se haya abierto algún fichero.

Figura 6.14. Pantalla principal del ATPDraw con el fichero Noname.adp abierto

El menú principal del programa aparece en la parte superior izquierda en horizontal y cuenta condistintas acciones que presentan, a su vez, otras subdivisiones. Las opciones que este menúofrece son:

- File: Este submenú, al igual que la mayoría de los programas que funcionan bajo lasventanas de Windows, permitirá: crear un nuevo fichero; abrir uno creado anteriormente;salvar el fichero actual; salvar el fichero actual con otro nombre; cerrar el fichero actual;

cerrar todos los ficheros, importar elementos de otros programas que pudieran sercompatibles con este; salvar los dibujos de los elementos del programa; imprimir; y cerrar el programa.

- Edit: Este menú contiene varias opciones relacionadas con la edición de objetos del circuito.Debe de seleccionarse uno o más objetos antes de ejecutar cualquier operación sobre ellos.Este menú, al igual que el anterior, contará con las opciones típicas de un programa de uso

bajo Windows: deshacer; rehacer; copiar; cortar; duplicar, guardar como mapa de bits; borrar; seleccionar elementos; seleccionar todo; deseleccionar; mover las etiquetas de loselementos; rotar elementos; crear y editar grupos; y añadir comentarios.

- View: Con este tercer menú se puede controlar la visualización de varias ventanas y

componentes del circuito. Dentro de este submenú se puede encontrar: barras deherramientas; línea de comentarios; opción de zoom; posibilidad de actualizar los cambios; yopciones para personalizar el programa.




- ATP: Este menú permite generar nombres para los diferentes nudos del circuito (MakeNames), generar o editar los ficheros ATP (Make File As o Edit ATP-file respectivamente)y especificar los ajustes deseados para el fichero de simulación del sistema (Settings).Además, contiene una opción (run ATP) con la que se pueden compilar directamente los

ficheros con los que se está trabajando.- Objects: Este menú permite editar y modificar componentes ya existentes o crear nuevos

componentes para su uso en cualquier sistema. De este modo se pueden adaptar a lasnecesidades de los nuevos usuarios. Los objetos a los que se puede acceder por medio de estemenú se dividen en 3 categorías: componentes estándar, componentes especificados por elusuario y MODELS.

- Tools: El menú de herramientas permite editar iconos de componentes o editar textos deayuda y guardar diferentes opciones del programa de modo que se establezcan como

predeterminadas.

- Window: El usuario podrá desde este menú activar la ventana correspondiente al circuito quenecesite en cada momento.

- Help: Este menú permite al usuario abrir el fichero de ayuda que lleva consigo el programaATPDraw. Para acceder a ella es necesario disponer del fichero ATPDraw.HLP.

En cuanto a la barra de herramientas, en ella se incluyen pulsadores que permiten accederdirectamente a algunas de las acciones más frecuentes (a las que, como se acaba de explicar,también se puede acceder a través de la línea de menús): crear, abrir o salvar ficheros; deshacer orehacer; cortar, copiar o pegar; opciones de zoom; actualizar; seleccionar todo o un grupo deelementos; y rotar.

Adicionalmente, en la parte derecha de esta barra, se irán automáticamente añadiendo pulsadorescorrespondientes a los últimos elementos utilizados. De modo que bastará pinchar en dichosiconos para insertar nuevos elementos de esos mismos tipos.

6.2. Componentes estándar del ATPDraw

A continuación se incluye un listado con el resumen de los componentes eléctricos estándarincorporados en la librería del ATPDraw. Todos estos componentes pueden seleccionarse para suuso directamente desde los menús desplegables que aparecen cuando se pincha sobre la zona detrabajo de la pantalla (Figura 6.15).

Figura 6.15. Selección de componentes eléctricos




Elementos de carácter general (Probes & 3-phase)

- Probe Volt: Voltímetro. Mide la tensión de un nodo respecto de tierra.

- Probe Branch volt.: Voltímetro. Mide la tensión entre dos nodos del sistema.

-

Probe Curr: Amperímetro. Mide la corriente que circula a través de una rama del circuito.- Probe Tacs: Voltímetro/amperímetro usado en sistemas de control diseñados con TACS.

- Splitter: Transformación de un nudo trifásico a tres nudos monofásicos.

- Transposiciones de fases en sistemas trifásicos.

Ramas lineales (Branch Linear)

- Resistor: Resistencia pura en ohmios.

- Capacitor: Capacidad en µF (si Copt = 0) o en Ω (si Copt = freq).

- Inductor: Inductancia en mH (si Xopt = 0) o en Ω (si Xopt = freq).

- RLC: Rama/carga monofásica con R, L y C en serie.

- RLC 3-ph: Rama trifásica asimétrica (con R, L y C en serie).

- RLC-Y 3-ph: Carga trifásica asimétrica conectada en estrella.

- RLC-D 3-ph: Carga trifásica asimétrica conectada en triángulo.

- C: U(0): Condensador con carga inicial.

- L: I(0): Autoinducción con carga inicial.

Ramas no lineales (Branch Nonlinear)

-

R(i) Type 99: Resistencia de valor variable con la intensidad.- R(t) Type 97: Resistencia de valor variable con el tiempo.

- MOV Type 92: Resistencia dependiente de la intensidad, de forma exponencial.

- MOV Type 3-ph: Resistencia trifásica dependiente de la intensidad.

- R(TACS) Type 91: Resistencia controlada por TACS/MODELS.

- Autoinducciones de valor variable con la intensidad, con o sin histéresis, con o sin cargainicial.

Líneas y cables (Lines/Cables)

-

De parámetros concentrados (Lumped):

- RLC Pi-equiv. 1: Equivalente PI – RLC (mono, bi o trifásico).

- RL Coupled 51: Modelos de líneas RL con acoplamiento (para 2, 3 o 2x3 fases).

- RL Sym. 51: Modelos de líneas RL simétricas con acoplamiento (para 3 o 2x3 fases).

- De parámetros distribuidos (Distributed):

- Modelos Clarke para líneas transpuestas.

- Modelos KCLee para líneas no transpuestas.

- LCC: Llamada a subrutinas de apoyo LINE CONTANTS, CABLE CONSTANTS y CABLEPARAMETERS.

-

Read PCH file: Captura de modelos de líneas y cables grabados en ficheros .pch, que hansido previamente generados mediante el program ATP_LCC (preprocesador para la subrutinade apoyo LINE CONSTANTS / CABLE CONSTANTS).




Interruptores (Switches)

- Switch time controlled: Interruptor monofásico, controlado por tiempo.

-

Switch time 3-ph: Interruptor trifásico, controlado por tiempo. Con posibilidad de operaciónindependiente en cada fase.

- Switch voltage contr.: Interruptor monofásico, controlado por tensión.

- Diode (type-11): Diodo. Interruptor tipo 11, no controlado.

- Valve (type-11): Tiristor. Interruptor tipo 11, controlado por TACS/MODELS.

- Triac (type-12): Triac. Interruptor tipo 12, doblemente controlado por TACS/MODELS.

- TACS switch (type-13): Interruptor tipo 13 controlado por TACS/MODELS.

- Measuring: Interruptor para medida de intensidades.

- Statistic switch: Interruptor para análisis estadístico.

-

Systematic switch: Interruptor para análisis sistemático.

Fuentes (Sources)

- DC type 11: Fuente de corriente continua, función escalón. Tensión o intensidad.

- Ramp type 12: Función rampa entre cero y un valor constante. Tensión o intensidad.

- Slope-Ramp type 13: Función rampa con dos pendientes. Tensión o intensidad.

- AC type 14: Fuente de corriente alterna monofásica. Tensión e intensidad.

- Surge type 15: Función tipo rayo (doble exponencial).

- Heidler type 15: Función tipo rayo (Heidler).

-

TACS source: Fuente tipo 60, controlada por TACS. Tensión o intensidad.- AC 3-ph. type 14: Fuente de corriente alterna trifásica. Tensión e intensidad.

- AC ungrounded: Fuente de corriente alterna monofásica, sin conexión a tierra. Tensión.

- DC ungrounded: Fuente de corriente continua, sin conexión a tierra. Tensión.

Máquinas (Machines)

- SM 59: Modelos especiales tipo 59 para máquinas síncronas, trifásicas. Equilibradas y sinsaturación. Controlada por TACS o no controlada.

- UM1 Syncronous: Modelo de máquina universal, para máquinas síncronas trifásicas.

-

UM3 Induction y UM4 Induction: Modelos de máquinas universales, para máquinas deinducción trifásicas.

- UM6 Single phase: Modelo de máquina universal, para máquinas monofásicas.

- UM8 DC: Modelo de máquina universal, para máquinas de corriente continua.

Transformadores (Transformers)

- Transformadores ideales: monofásico (Ideal 1 phase) o trifásico (Ideal 3 phase).

- Transformadores con saturación: mono (Saturable 1 phase) o trifásico (Saturable 3 phase).

- # Sat. Y/Y 3-leg: Transformador con saturación, trifásico. Conexión estrella-estrella. Núcleode tres columnas con elevada reluctancia homopolar.

- BCTRAN: Llamada a subrutina de apoyo BCTRAN.




TACS (TACS)

- Coupling to Circuit: Elemento para pasar información del circuito a los TACS:

90 – Nudo de tensión.

91 – Interruptor de corriente.92 – Variable interna especial de un componente.

93 – Estado de un interruptor.

- Sources: Fuentes TACS:

- DC-11: De corriente continua tipo escalón.

- AC-14: De corriente alterna cosenoidal.

- Pulse-23: Función pulso.

- Ramp-24: Fuente en dientes de sierra.

- Transfer functions: Funciones de transferencia TACS (general, derivativa, integral, filtro

pasa bajos y filtro pasa altos).- Devices: Dispositivos TACS.

- Freq sensor – 50: Sensor para medida de frecuencia.

- Relay switch – 51: Interruptor operado por un relé.

- Level switch – 52: Interruptor operado por un trigger.

- Trans delay – 53: Función retraso.

- Pulse delay – 54: Tras un retraso la señal se convierte en un pulso.

- Cont integ – 58: Integrador controlado.

- Simple deriv – 59: Función derivada simple.

-

Input IF – 60: Función IF…THEN.- Signal_select – 61: Selector de señal. En función de la posición del selector dará una

salida u otra.

- Sample_track – 62: Señal de muestreo y seguimiento.

- Inst_min/max – 63: Selector de valor máximo o mínimo de una función.

- Min/max_track – 64: Valor máximo o mínimo de una señal.

- Acc_count – 65: Función acumulador – contador.

- Rms meter – 66: Dispositivo para medir el valor eficaz de una función.

- Initial cond.: Para especificar las condiciones iniciales de elementos TACS.

-

Fortran statements: Permite incluir instrucciones Fortran.- General: Instrucción definida por el usuario.

- Math: Operaciones matemáticas.

- Logic: Operaciones lógicas.

6.3. Componentes definidos por el usuario

Además de todos los elementos estándar indicados en el apartado anterior, el usuario puededefinir sus propios modelos mediante ficheros de texto basados, principalmente, en modelosescritos mediante un editor de textos con la estructura adecuada y modelos desarrolladosmediante MODELS o DATA BASE MODULE. Como ya se ha indicado, estos modelosdefinidos por el usuario se encuentran en los subdirectorios Mod y Usp.




6.4. Creación de nuevos modelos para el ATPDraw

El programa ATPDraw permite realizar la modelización de un sistema eléctrico ante diferentessituaciones, con el fin de obtener los valores del régimen transitorio. Sin embargo, y aunque elATPDraw está provisto de una importante cantidad de componentes eléctricos, no dispone dealgunos modelos que pueden ser necesarios en función del estudio que se quiera realizar. Porello, permite crear nuevos elementos que puedan facilitar el uso del programa por parte delusuario.

El primer paso para la creación de un nuevo objeto es la generación del fichero texto donde sedescribe el nuevo elemento que se quiere modelizar, para incorporarlo a la librería delATPDraw. Este fichero texto se puede desarrollar mediante:

-

Las plantillas que incluye el editor de textos PFE32.-

Escribiendo directamente desde el editor de texto con la ayuda del Rule Book para definircorrectamente la estructura del fichero.

- La opción Data Base Module (DBM), si se quiere que tenga parámetros variables.

El fichero texto creado tiene que compilarse mediante alguna de las tres versiones del ATP, demodo que se obtenga otro fichero con la extensión .lib que será almacenado en el directorio Uspdel ATPDraw.

Por otro lado, habrá que definir el icono y la ventana, que representen este nuevo componentecreado mediante el fichero .lib. Para ello, con la opción Objects User Specified New sup-

file se crea un nuevo objeto, cuya extensión sea .sup. En este momento habrá que indicar losdatos que definen dicho objeto y el número de nudos disponibles para su conexión externa(Figuras 6.16 y 6.17).

Figura 6.16. Definición de datos para el nuevo modelo Figura 6.17. Definición de nodos para el nuevo modelo

Para especificar el número de datos y de nodos que tendrá el nuevo objeto se utilizarán losrecuadros dispuestos al efecto (Num. data y Num. nodes). En la parte de la izquierda de cadaventana aparecerán tantas líneas como datos/nodos se hayan definido. En el primero de los casos,

para cada dato se debe especificar: el nombre, el valor por defecto, los valores máximo y mínimoque pueden tomar y el número máximo de dígitos permitidos. De forma similar, para definir losnodos, se indicarán el nombre, el tipo, la posición que ocupará en el icono que representa elobjeto y el número de fases.




Tanto en una ventana como en la otra aparecen sendos iconos. Pulsando el de la izquierda (dondeaparece representada una lámpara eléctrica) se abre un editor de iconos donde se puede diseñar elicono con el que se representará el nuevo objeto creado. Mediante el de la derecha (con uninterrogante) se puede acceder a un sencillo editor de ayuda, donde se escribirá el texto que se

desee aparezca cuando se solicite ayuda desde el cuadro de diálogo correspondiente a esteobjeto.

Tras definir todos los datos, se pulsará la opción save as y se guardará el fichero con extensión.sup en el subdirectorio Usp, con lo que ya se habrá definido el nuevo componente. Para poderutilizar este nuevo modelo como un componente más del circuito eléctrico que se vaya a diseñar,se hará uso de la opción User Specified Files (Figura 6.18) y se seleccionará el fichero .sup correspondiente a dicho objeto.

Figura 6.18. Inserción elemento de usuario Figura 6.19. Cuadro de diálogo del elemento de usuario

Una vez insertado el objeto, aparecerá su icono representativo y se podrá utilizar en el circuitoconjuntamente con el resto de elementos. Al abrir su cuadro de diálogo aparecerán los datos ynodos que han sido definidos (Figura 6.19). En este punto se debe resaltar que, cuando se utilizaun modelo nuevo definido en base a un fichero .lib, en la ventana de datos (dentro del campodefinido por la orden $INCLUDE) hay que indicar el fichero .lib con su path completo. Parafacilitar esta operación se puede hacer uso del pulsador Browse, mediante el que se podráexplorar el disco en busca de dicho fichero.

7. WPCPLOT

PCPlot es un módulo gráfico del ATP/EMTP que permite la visualización interactiva de losresultados guardados en los ficheros .pl4. La primera versión del PCPlot data de 1988 y hasta1997 fue desarrollada bajo el sistema operativo MS-DOS. A partir de dicha fecha se distribuye laversión de PCPlot para Windows (WPCPlot) que ha sido escrita usando Borland Delphi.

En cuanto a su utilización, sigue las pautas basadas en el manejo de menús y ventanascaracterísticas de las aplicaciones para Windows. Por lo que en lo sucesivo únicamente se haráreferencia a las opciones particulares de este programa, dado que el usuario habitual de

Microsoft Windows estará familiarizado con el manejo de las utilidades más comunes.




Al ejecutar mediante su icono el PCPlot aparecerá la pantalla principal del programa, donde conun formato habitual en el entorno Windows se presenta una barra de menús en la que seencontrarán las opciones File, Edit, Options, Contents, Redraw y Help.

7.1. Menú File

Dentro de este menú existen dos posibilidades: abrir un fichero .pl4 y salir del programa (OpenPL4 file y Exit respectivamente). La primera de ellas sirve tanto para abrir el primer ficherocuando se ha arrancado el programa como para abrir un nuevo fichero y cerrar el actual, en cuyocaso se preguntará si realmente se desea cambiar el fichero de trabajo.

En ambos casos aparecerá el cuadro de dialogo de la Figura 6.20 donde se elegirán las variablesa representar y el tipo de representación deseado:

Figura 6.20. Selección de curvas

En la parte izquierda del cuadro aparecen las variables cuyos datos contiene el fichero .pl4 abierto. Para indicar las variables que se quieren representar, basta con seleccionar suidentificador y dar al pulsador Select correspondiente o simplemente hacer doble clic con el

botón izquierdo del ratón sobre el nombre de la misma. Inmediatamente dicha variable apareceráen el recuadro superior derecho como seleccionada.

Para deseleccionar alguna de las variables elegidas se señalizará sobre dicho recuadro y se pulsará la Deselect o Deselect All según sea el caso.

Las variables escogidas pueden ser dibujadas en función del tiempo o en función de una de ellas,según se seleccione la opción correspondiente. En el segundo caso la primera de las variablesseleccionada constituirá el eje x y aparecerá señalizada con una “X” a su izquierda.

Una vez seleccionadas todas las variables y el tipo de representación se pulsará el OK yaparecerán las curvas deseadas. Cada curva se representa de un color y vendrán identificadas poruna leyenda que aparece en la parte inferior del área gráfica.

Por defecto, para la representación en función del tiempo, el eje x es etiquetado como la variabletiempo. De todas formas, las etiquetas de ambos ejes son editables en modo texto y por tantomodificables por el usuario. Además pueden moverse dentro del área gráfica usando el ratón y

manteniendo pulsada la tecla shift al mismo tiempo.




7.2. Menú Edit

Dentro de este menú aparecen cinco submenús: Curve Redout, Zoom, Copy to clipboard,Curve identifiers y Save as BMP.

La opción Curve Readout puede ser activada desde este menú o desde la barra rápida y proporciona los valores de las variables almacenadas en el fichero .pl4 para cada valor de lavariable representada en el eje x (Figura 6.21).

Figura 6.21. Representación gráfica de resultados. Curve Readout

Para desplazarse a través de la curva, se pueden utilizar los pulsadores que aparecen en la parteinferior izquierda de la pantalla (inicio, atrás rápido, atrás lento, adelante lento, adelante rápido yfinal), el ratón o las flechas del teclado. En este último caso combinando el uso de las flechas con la tecla shift, el movimiento del cursor será más rápido. El salto producido en cada

paso de los movimientos rápidos del cursor puede ser definido en la barra rápida.

La opción del Zoom puede ser activada desde este menú o mediante la barra rápida y permiteseleccionar y ampliar una zona de la ventana gráfica. Para delimitar la zona a ampliar se puedeutilizar el ratón o definir los límites superior e inferior de ambos ejes y pulsar el botón zoom enla parte inferior de la pantalla. Mientras que el pulsador Org vuelve a dibujar las curvas con loslímites originales.

Figura 6.22. Representación monocromo con identificadores




El submenú Copy to clipboard permite copiar la pantalla (Client area) o el área gráfica (Imagearea) en el portapapeles y exportar la imagen capturada para su posterior utilización en otrosdocumentos. Para guardar la imagen en un fichero se utilizará la opción Save as BMP.

Con la opción Curve identifiers se pueden colocar dentro del área gráfica etiquetasidentificativas para diferentes curvas, situándolas con el ratón allí donde se deseen (Figura 6.22).

7.3. Menú Options

Dentro de este menú aparecen 7 submenús: Speed bar, Colors, Data directory, Readout step,Font, File type y Monochrome.

La primera de ellas (Speed bar) sirve para hacer visible u ocultar, según sea la opción

actualmente activa, una barra de acceso rápido donde se encontrarán algunas de las utilidades yavistas en el menú Edit tales como el Zoom y Curve readout.

Asimismo, marcando la opción Readout step se añadirá a dicha barra de acceso rápido, uncuadro de dialogo donde se podrá modificar el tamaño del salto producido en cada paso de losmovimientos rápidos del cursor a que se hacía referencia en el subapartado anterior.

A través del submenú Colors se podrá modificar el color del fondo de la pantalla principal(BackGrondColor), del fondo del área de dibujo (GraphicAreaColor), de los ejes (AxisColor), de cada una de las curvas representadas (Curve colors) y del cursor (Marker color).Todas estas opciones son también accesibles pulsando el botón derecho del ratón sobre el área

gráfica. Los colores seleccionados se guardan automáticamente para la siguiente sesión dePCPlot.

Por medio de Data directory el usuario puede predefinir el directorio de trabajo. De modo quecada vez que se quiere abrir un nuevo fichero .pl4, el cuadro de diálogo para la selección delfichero a abrir se posiciona directamente sobre dicho directorio, facilitando las tareas de

búsqueda.

La opción Font permite modificar el color y el tamaño de las fuentes utilizadas en larepresentación gráfica.

Cuando se quiere imprimir la representación gráfica obtenida con el PCPlot como parte de otros programas puede ser conveniente utilizar la opción Monochrome y convertirla en unarepresentación en blanco y negro (opción ya utilizada en la Figura 6.22).

7.4. Otros

Por último, y dentro de la misma barra de menús se tienen las siguientes opciones:

- Contents permite modificar la selección de variables a representar realizada o el tipo derepresentación elegido. Para lo cual se remite al cuadro de diálogo de la Figura 6.20.

-

Redraw vuelve a dibujar las curvas.- Help proporciona una ayuda cuyo contenido y formato es similar al de otros programas

del entorno Windows. Para ello es necesario que se disponga del fichero WPCPlot.hlp.




8. ATP_LCC

Este programa ha sido diseñado para facilitar la utilización de las subrutinas de apoyo LINECONSTANTS, CABLE CONSTANTS y CABLE PARAMETERS. Mediante esta aplicación seobtienen los ficheros con extensión .lin (para líneas) o .cbl (para cables) que podrán ser

posteriormente compilados con cualquiera de las versiones del ATP. Operación esta última que proporcionará como resultado los ficheros .pch y .lis. El primero de los cuales puede ser leído por el ATPDraw e incorporado en forma de componente LCC a los circuitos eléctricos que seestén modelizando. Las versiones más recientes del ATPDraw integran la mayor parte de lasfuncionalidades de este programa y permiten utilizar las subrutinas anteriores directamentemediante los elementos predefinidos Lines/Cables LCC.

A continuación se exponen, de modo resumido, las opciones principales que presenta elATP_LCC. Asimismo, al final de este capítulo se incluye un ejemplo de aplicación donde seexplica detalladamente cómo se utiliza este programa.

8.1. Opciones del programa ATP_LCC

Cuando se arranca el programa ATP_LCC aparece una pantalla principal que presenta unformato habitual en el entorno Windows (Figura 6.23) y que se subdivide en diferentes zonas:línea de menús, barra rápida de herramientas, zona central y línea de comentarios.

Figura 6.23. Pantalla principal del ATP_LCC con un caso de línea abierto

En la zona central de la ventana se representa la geometría de la línea o cable del caso con en else esté trabajando. Para ampliar la imagen únicamente es necesario hacer clic con el ratón sobrela zona que se desee aumentar. Por otro lado, la posición del cursor se puede visualizar en todomomento mediante sus coordenadas reflejadas en la parte inferior izquierda de la pantalla.

El menú principal del programa aparece en la parte superior izquierda en horizontal y cuenta condistintas acciones que presentan, a su vez, otras subdivisiones. Las opciones que este menúofrece son:

- File: Bajo este menú se podrán efectuar acciones típicas en entorno Windows como: abrir unnuevo caso (de línea o de cable), abrir un caso ya creado, salvar, salvar como, cerrar el caso osalir del programa.

- Edit: Este menú contiene las acciones Edit data, Zoom fit y Copy Graphics. Con la primera de ellas se edita el caso que esté abierto, con la segunda se ajusta la representación




gráfica del caso al tamaño actual de la ventana, y con la tercera dicha representación se copiaen el portapapeles de Windows para posibilitar su exportación a otros ficheros.

-

ATP: Este menú permite generar o editar los ficheros .atp (Create data case o Edit datacase respectivamente) correspondientes a las subrutinas de apoyo LINE CONSTANTS,CABLE CONSTANTS y CABLE PARAMETERS.

- Help: Esta opción ofrece información sobre el programa.

Algunas de esta opciones también son accesibles directamente desde la barra de herramientas:abrir un caso ya existente, salvar el caso, editar los datos del caso, ajustar el zoom y copiar elárea gráfica.

8.2. Edición de un caso de línea

Los casos de líneas están destinados a obtener las características eléctricas de las líneas aéreas(mediante la subrutina LINE CONSTANTS) a partir de sus datos de diseño (geométricos yeléctricos). Cuando se editan los datos correspondientes a uno de estos casos, aparece un cuadrode diálogo compuesto de dos hojas (Line Model y Conductor card). En la primera de ellas(Figura 6.24) se debe elegir el modelo con el que se desea trabajar:

- Constant parameter: Modelo Bergeron. Tipo Clarke para líneas transpuestas y tipo KCLee para no transpuestas.

- PI-equivalents: Equivalente pi de la línea.- J. Marti: Modelo de línea J. Marti dependiente de la frecuencia.

-

Single freq. output: Impedancia o admitancia de transferencia y/o shunt a una determinadafrecuencia.

- Mutual coupl. output: Calcula el acoplamiento entre una línea y otro conductor.- Log.freq.output: Parámetros de la línea de secuencia positiva y cero, para diferentes

frecuencias.

Según cual sea la opción elegida, variarán los datos a especificar en las dos hojas que componeneste cuadro de diálogo. Una vez introducidos todos los datos, se deberán validar mediante laopción OK y se volverá a la pantalla principal.

Figura 6.24. Edición de un caso de línea




8.3. Edición de un caso de cable

Por su parte, los casos de cables facilitan la obtención de las características eléctricas de loscables (mediante las subrutinas CABLE CONSTANTS y CABLE PARAMETERS) a partir desus datos de diseño (geométricos y físicos). Cuando se editan los datos correspondientes a uno deestos casos, aparece un cuadro de diálogo compuesto de cinco hojas (Cable type, Output, Pipedata, Cable data y Line data). Sin embargo, las tres últimas no siempre estarán activas, ya quelos datos a introducir dependerán del tipo de cable que se vaya a utilizar. La selección del tipo decable se debe efectuar en la primera de dichas hojas (Figura 6.25).

Figura 6.25. Edición de un caso de cable

Los tipos de cables contemplados en este programa son:

- Overhead line: Cables para líneas de transmisión aérea. Estará accesible la hoja Line data.-

Single core cables: Cable coaxial de núcleo simple. Estará accesible la hoja Cable data.- Enclosing pipe: Cables con pantalla conductora. Estará accesible la hoja Pipe data.

Una vez introducidos todos los datos, se deberán validar mediante la opción OK y se volverá a la pantalla principal.

9. EDITOR DE TEXTOS (PFE32)

La aparición del procesador gráfico ATPDraw ha simplificado enormemente la creación de losficheros que serán posteriormente compilados con el ATP. Sin embargo, para los usuariosexpertos sigue siendo necesario el empleo de un editor de textos que permite trabajar, entre otros,con los ficheros de entrada al ATP (.atp o .dat) o de salida del mismo (.lis). Fundamentalmente,la edición de este tipo de ficheros permite:

- Desarrollar casos más complejos que no estén contemplados en el módulo ATPDraw.

-

Corregir posibles errores.- Ser capaces de interpretar los ficheros ejemplo que aparecen en el subdirectorio

BNCHMARK de las diferentes versiones de ATP (Salford ATP, Watcom ATP, GNU ATP).




- Interpretar los resultados de la simulación que han sido grabados en el fichero de salida .lis.

- Manejar dichos resultados en forma numérica y cambiar su formato en función de laaplicación con la que van a ser utilizados.

Para escribir los ficheros que contengan toda la información del sistema eléctrico a simular, se puede utilizar cualquier editor de textos que indique el número de columna, pero convieneutilizar el editor de texto PFE distribuido junto con el ATP ya que incluye una serie de plantillas(template) que facilitan la inclusión de datos en el fichero. Esto es debido a que toda lainformación del sistema eléctrico a simular debe ocupar una posición específica fijada porcolumnas.

Debe tenerse en cuenta que la estructura de los ficheros .atp es muy rígida. Por lo que en elmomento de editarlos y modificarlos, resulta indispensable tener a mano el manual de usuarioque permite disponer del formato de cada uno de los elementos a simular, e indica el contenidoque debe tener cada uno de los parámetros.

El PFE32 ofrece las funcionalidades típicas de los editores de texto desarrollados en entornoWindows. Por lo que en este texto, únicamente se hará referencia a los aspectos específicosrelativos al trabajo con los ficheros de datos utilizados por el programa ATP. Así, y al objeto de

proporcionar una visión general del trabajo con este editor, a continuación se dan unas pautas básicas para desarrollar un fichero .atp (o .dat). En primer lugar se indicará cómo crear el programa principal y, posteriormente, se hará alusión a la utilización de las subrutinas de apoyo.Asimismo, se incluye también una breve referencia a la estructura de estos ficheros de entrada alATP.

9.1. Programa principal

Tal y como se ha dicho, el programa principal debe generarse siguiendo las estrictas reglassintácticas del ATP, que aparecen reflejadas con todo tipo de detalles en el manual de usuario.Para facilitar dicha tarea, se pueden utilizar las plantillas en formato “template” ( .tpl) que seencuentran en el CD-Rom distribuido por EEUG.

Para poder utilizar una de esas plantillas, es necesario adjuntarla previamente al editor de textosPFE32 (Template Attach File). Una vez adjuntada, se podrá utilizar sin más que insertarla enel fichero sobre el que se esté trabajando con la opción Template Insert (Figura 6.26).

Utilizando las diferentes opciones de dicho menú (Template), también es posible editar dichas plantillas, modificarlas o crear otras nuevas y salvarlas.

Figura 6.26. Inserción de plantillas




Además, se pueden insertar unas plantillas dentro de otras hasta generar la estructura general delfichero .atp con todos sus componentes (Miscellaneus, Branch, Switch, Sources, Outputs, etc.).

9.2. Subrutinas de apoyo

Para las subrutinas de apoyo no se contemplan plantillas predefinidas, pero se pueden crear ydesarrollar con el editor de textos mediante las opciones del menú Template create file oTemplate New. Lógicamente, a la hora de diseñar una nueva plantilla será también necesarioseguir con exactitud la sintaxis consignada en el manual de usuario del ATP.

9.3. Estructura general de un fichero .atp o .dat

En el desarrollo inicial del programa se utilizaban tarjetas perforadas, por lo que hoy en día elfichero de datos del ATP mantiene un formato a base de bloques compuestos de tarjetas. Cadatarjeta comprende una fila y cada fila está dividida en columnas de diferentes anchuras,denominadas rangos. En cada rango hay que introducir un dato, numérico o alfanumérico, paraque el compilador lo lea correctamente. Esta estructura es muy rígida y la introducción de undato fuera del rango que le corresponde da lugar a un mensaje de error por parte del compilador.

La estructura general de un fichero .dat (o de un fichero .atp) es la siguiente:

BEGIN NEW DATA CASEMISCELLANEUS DATA CARDS ( 2 líneas)/TACS (si existen) /MODELS (si existen)

( sistemas de control)BLANK TACS ENDMODELSC DATOS DE BRANCH(R, L, C, Z en general, transformadores, líneas)BLANK BRANCHC DATOS DE SWITCH(interruptores)BLANK SWITCHC DATOS DE SOURCE (fuentes de V ó I)(fuentes de V/I ideales : rampa, escalón, sinusoidal, máquina síncrona, motores)BLANK SOURCEC DATOS DE LAS VARIABLES DE SALIDA (OUTPUT)(Variables de salida a representar y que se incluirán en el fichero .PL4)BLANK OUTPUTBEGIN NEW DATA CASEBLANK

Si una de las filas comienza con una letra “C” se trata de una fila de comentario y el compiladorno la lee. Además, se debe reseñar que existen unas órdenes especiales que pueden escribirse encualquier parte del programa y que se diferencian porque van precedidas del símbolo “$”.

El fichero comienza con una primera línea denominada BEGIN NEW DATA CASE. Acontinuación vienen dos líneas de MISCELLANEUS. La primera de ellas contiene números noenteros, mientras que la segunda debe ser forzosamente de números enteros. En cuanto a su

significado, decir que son una serie de parámetros con los cuales se va a realizar la simulación.Por ejemplo se indica el tiempo máximo de la simulación, cada cuánto tiempo almacena puntos para su posterior representación, etc. Se trata, en definitiva, de especificar el valor de aquellos




parámetros que en la creación de un fichero mediante el ATPDraw se definían mediante laopción ATP Settings.

Después de los MISCELLANEUS se indicarán, si existen, los TACS (o MODELS). Solamente

si existen, se iniciarán con /TACS (o /MODELS) y se finalizarán con BLANK TACS (oENDMODELS).

En cuanto a las demás partes del programa son todas obligatorias aunque no existan. Así, porejemplo a continuación y por el orden en que se indican deberán ir los siguientes datos:

- Empezarán primero las ramas, que acabarán con BLANK BRANCH. En ellas se recogen lasramas del circuito que contienen bobinas, resistencias, capacidades, impedancias,transformadores y líneas.

- A continuación vendrán los interruptores, que acabarán con BLANK SWITCH. Aquí seindican distintos tipos de interruptores, como aquellos controlados por tiempo, por tensión o

los que sirven como amperímetros (denominados MEASURING) ,etc.- A continuación se indicarán las fuentes, que acaban con BLANK SOURCE. Aquí se van a

indicar las fuentes de tensión e intensidad ideales como la rampa, escalón, sinusoidales, etc.También vendrán indicadas en este apartado las máquinas síncronas así como los motores.

- Una vez indicados todos estos dispositivos, se expresarán las posibles salidas que se deseanobtener del programa, es decir, las señales de salida que se desean representar gráficamentecon el PCPlot, PlotX-Y o con el GTPPLOT. Estas terminan con BLANK OUTPUT. Todasellas aparecerán luego en el fichero .pl4 que se genere con el compilador. Una vezintroducido esto, el programa debe de terminar con un BEGIN NEW DATA CASE y con unBLANK. Finalmente, indicar que una línea en blanco es considerada como si se pusiera la

expresión “BLANK”.

Figura 6.27. Estructura de un fichero .dat




También puede admitir la siguiente estructura:

BEGIN NEW DATA CASEMISCELLANEUS DATA CARDS ( 2 líneas)/TACS (si existen) /MODELS (si existen)

( sistemas de control)BLANK TACS ENDMODELS/BRANCH(R, L, C, Z en general, transformadores, líneas)/ SWITCH(interruptores)/ SOURCE(fuentes de V/I ideales : rampa, escalón, sinusoidal, máquina síncrona, motores)/OUTPUT(Variables de salida a representar y que se incluirán en el fichero .PL4)BLANK BRANCHBLANK SWITCHBLANK SOURCE

BLANK OUTPUTBEGIN NEW DATA CASEBLANK

De forma similar, la estructura típica para las subrutinas de apoyo es la siguiente:

BEGIN NEW DATA CASEPalabra especial que define la subrutina de apoyoDatos específicos del equipo$PUNCHBLANK CARDBEGIN NEW DATA CASEBLANK

Ejemplos de “palabras especiales” son: XFORMER, ACCESS MODULE BCTRAN, SATURA,HYSDAT, LINE CONSTANTS, CABLE CONSTANTS, DATA BASE MODULE, etc.

9.4. Órdenes especiales que van antes de las líneas de “miscellaneus”.

Hay una serie de ordenes especiales que han de ir al principio del programa y que permiten larealización de cálculos especiales, como por ejemplo: flujos de cargas, cálculo de armónicos,etc. A continuación se indica la función que desempeñan algunas de estas órdenes.

FREQUENCY SCAN

Esta opción permite obtener distintas soluciones en régimen permanente cuando la frecuencia dela fuente sinusoidal se incrementa automáticamente, en cada paso de integración, entre un valorinicial y un valor final de frecuencia. Las amplitudes no varían. Los resultados son valores en eldominio de la frecuencia de tensiones de nudo, intensidades de rama, etc. Al mostrar losresultados de forma gráfica en el eje de abscisas se representa la frecuencia y los valoresnuméricos los proporciona deforma fasorial (coordenadas polares o cartesianas). Aplicacionestípicas de este módulo son:

-

Análisis e identificación de frecuencias resonantes tanto de componentes individuales delsistema como de una red eléctrica.

- Cálculo de la respuesta en frecuencia de impedancias de secuencia positiva, cero, etc.




- Análisis de la propagación de armónicos en sistemas eléctricos utilizando conjuntamente laopción HARMONIC FREQUENCY SCAN.

HARMONIC FREQUENCY SCAN

La opción HFS realiza un análisis armónico determinando una cadena de resultados enmagnitudes fasoriales, a través de fuentes sinusoidales definidas por el usuario, de distintafrecuencia y amplitud. Comparando esta opción con los análisis de distorsión armónica realizadoen el dominio del tiempo, se obtiene la ventaja de una reducción en el tiempo de cálculo delorden de diez o más veces. Los modelos desarrollados dentro de esta opción son:

- Elementos R-L-C dependientes de la frecuencia- Cargas dependientes de la frecuencia, basados en modelos desarrollados por CIGRE.- Fuentes de tensión e intensidad armónicas con amplitud y fase dependiente de la frecuencia.

FIX SOURCE

Esta opción permite calcular un flujo de cargas. Para ello se utiliza el fichero de datos en el quese describen los componentes del sistema eléctrico a simular, pero es necesario que no hallamotores conectados. Por otra parte, la duración de la simulación (settings o miscellaneus datacard) debe ser un número negativo, por ejemplo –1, para indicar que la simulación termine unavez calculado el flujo de cargas.

10. EJERCICIOS RESUELTOS

10.1. Ejemplo 1. Análisis de faltas en sistemas de energía eléctrica

A continuación se aplicará el paquete software ATP-EMTP en la simulación del sistemaeléctrico presentado y resuelto en el ejemplo 1 del capítulo correspondiente al SimPowerSystemsde MATLAB. Los datos necesarios para llevar a cabo la resolución aquí planteada son, por tanto,los mismos que se proporcionan en dicho capítulo.

10.1.1. Modelización de los elementos del sistema

Desde la pantalla del ATPCC se llama al programa ATPDraw por cualquiera de los métodosvistos anteriormente. Una vez aparezca la pantalla principal del ATPDraw, se abrirá un nuevofichero .adp donde se guardará el sistema objeto de estudio.

El siguiente paso será representar el sistema mediante un circuito cuyos elementos simbolicensus distintos componentes y permitan simular su comportamiento en las situaciones reales que

puedan producirse. Así, utilizando el programa ATPDraw, se procede a representar el modelodel sistema cuyo esquema general es el indicado en la Figura 6.28.




Figura 6.28. Modelo del sistema

SISTEMAS DE GENERACIÓN

En realidad, los sistemas de generación a modelizar representan las interconexiones del sistemaanalizado con el resto del sistema de energía eléctrica y resultan necesarios para proporcionaruna alimentación trifásica de 25 kV y 220 kV, que se aplican al primario y secundario deltransformador respectivamente, y de una frecuencia de 50Hz.

Para proceder a su simulación, se van a manejar fuentes ideales en serie con sendas impedancias.

Generadores ideales

Pulsando el botón derecho del ratón sobre la zona de trabajo, aparecerá un cuadro con todos loscomponentes estándar del ATPDraw. De entre ellos se escogerá la fuente Sources AC 3-phtype 14 que se corresponde con una fuente de corriente alterna trifásica. Acción que se repetirá

para el segundo generador.

A continuación se ubica y orienta cada uno de los generadores para representarlos en la posicióndeseada. Seleccionándolos para seguidamente arrastrarlos con el ratón en el primer caso yutilizar la tecla rápida correspondiente o pulsar el botón derecho del ratón en el segundo.

Una vez situadas las fuentes de ambos generadores se procederá a definir sus parámetros. Paraello se posicionará el cursor sobre el generador y, sin seleccionarlo, se pulsará el botón derechodel ratón. También se puede realizar esta operación haciendo doble clic sobre el elemento a

parametrizar (seleccionado o no).

Aparecerá entonces un cuadro de atributos donde se introducirá el valor de cada uno de los parámetros característicos del generador. En las Figuras 6.29 y 6.30 pueden verse los valoresintroducidos en este caso para los dos generadores. Si se quiere conocer el significado de cada

uno de los parámetros, basta con utilizar la ayuda (Help) del propio cuadro.




Figura 6.29. Parámetros del generador 1 Figura 6.30. Parámetros del generador 2

Las etiquetas identificativas de los elementos que componen el circuito pueden ocultarseseleccionando la opción Hide que aparece en la parte inferior derecha del cuadro de atributoscorrespondiente. Si lo que se quiere es cambiar su ubicación dentro del dibujo, puede arrastrarsecon el ratón hasta el lugar deseado.

Se hace notar que una vez se haya definido un elemento mediante su cuadro de atributos, el colorcon el que se representa el mismo cambia de rojo a negro.

Impedancias internas

Siguiendo el mismo procedimiento que en el apartado anterior, se elegirá ahora el componenteBranch Linear RLC 3ph que representa una impedancia trifásica. Se repetirá la operación

para la impedancia del segundo generador y se situarán en serie con cada una de las fuentes.

Para conectar entre sí dos elementos, basta con situarlos en el plano de trabajo de manera que sus bornes queden unidos (Figura 6.31). O de otro modo, unirlos mediante una línea queautomáticamente representará una conexión mono o trifásica según sea la naturaleza de loselementos interconectados.

Figura 6.31. Conexión de impedancias internas Figura 6.32. Parámetros de la impedancia 1




Los valores que en este ejemplo se han asignado a la impedancia interna del generador 1 son losque aparecen en el cuadro de atributos representado en la Figura 6.32. Cuadro que se abrirásiguiendo el mismo procedimiento que el visto en el caso de los generadores. La impedanciainterna del segundo generador será también equilibrada y se deberán definir sus parámetros R

(0,462 Ω), L (14,64 mH) y C (0 - anulado).

Del mismo modo, cuando sea necesario conocer la tensión, corriente o energías asociada a undeterminado elemento, pueden definirse como salidas sin más que seleccionar la opcióncorrespondiente en el menú desplegable (Output) de la parte inferior de su cuadro de atributos.

TRANSFORMADOR TRIFÁSICO

Es un transformador trifásico del tipo Yn-Yn-D. Para configurarlo, se utilizará el modelogenérico de transformador trifásico (Transformers Saturable 3 phase), que se corresponde

con un transformador trifásico con saturación de tres arrollamientos.

Figura 6.33. Parámetros del Transformador

Se conectará su primario (P) a la impedancia Z1, su secundario (S) a la barra de la subestación yel devanado terciario (T) a tierra a través de una carga trifásica en estrella.

El cuadro de atributos correspondiente a este transformador así como los datos y característicasque se utilizarán en este ejemplo se muestran en la Figura 6.33. Con objeto de simplificar laaplicación, no se ha definido la saturación del transformador.

REACTANCIA TRIFÁSICA DE PUESTA A TIERRA

La carga trifásica en estrella conectada a la salida del terciario se encuentra en Branch Linear RLC-Y 3ph y, para dar a la misma un carácter reactivo, se supone una reactancia pura de

valor 1270 mH (Figura 6.34).




Figura 6.34. Parámetros de la reactancia de puesta a tierra

Esta carga se conectará al terciario del transformador siguiendo el procedimiento explicadoanteriormente y que puede seguirse en la Figura 6.35: Clic con el botón izquierdo del ratón en el

borne del primer elemento, desplazar cursor hasta posicionarlo sobre el borne o punto con el quese desea realizar la conexión y al hacer de nuevo clic quedarán conectados ambos puntos.

Figura 6.35. Proceso de conexionado de nudos

A continuación, se procederá a conectar a tierra tanto el neutro de la estrella formada con estacarga trifásica, como el de los dos bobinados en estrella del transformador. Para ello, se hará cliccon el botón derecho del ratón sobre el borne correspondiente al nodo que se desea conectar atierra. Se presentará entonces un cuadro de dialogo, donde se seleccionará la opción Ground yse validará la conexión mediante el pulsador OK.

LÍNEA AÉREA TRIFÁSICA

El modelo de línea utilizado para la simulación de la línea de transporte es el de Clarke de parámetros distribuidos, transpuesta, trifásica (Lines/Cables Distributed TransposedLines (Clarke) 3 phase).

Con el fin de simular una falta bifásica en un punto determinado de la línea, se va a subdividir lamisma en dos tramos cuyas longitudes se podrán modificar sin más que cambiar el valor del

parámetro correspondiente (l) del cuadro de atributos. En la Figura 6.36 se observan los valores

característicos de la línea utilizada en este ejemplo. Lógicamente dichos parámetros, a excepciónde la longitud, son iguales en ambos casos al tratarse de la misma línea que se ha subdivididoartificialmente a efectos de cálculo para la simulación de la falta. Se ha previsto inicialmente que




la falta objeto del estudio se halla localizada a una distancia de 100 y 50 kilómetros desde losrespectivos extremos.

Figura 6.36. Parámetros de la línea de transmisión

Una vez situados los dos tramos de la línea, se procederá a unirlos para conformar la líneacompleta. Del mismo modo, se conectarán los dos extremos de la línea con sus respectivossistemas de generación.

IMPEDANCIA EQUIVALENTE DE RED

Para simular el resto de la red, se coloca una impedancia equivalente, que esté también

alimentada por los dos sistemas de generación. Es decir, en paralelo con la línea de transmisión.Impedancia trifásica que, tal y como se vio anteriormente, aparece modelizada en BranchLinear RLC 3ph. Aunque como ya ha sido utilizada, también puede copiarse alguna de lasimpedancias del circuito y modificar sus parámetros, o introducir una impedancia nueva

pulsando sobre el icono que habrá aparecido sobre la barra de herramientas (Figura 6.37).

Asimismo, en la Figura 6.38 se representa el cuadro de atributos donde se definen los valoresque caracterizan a la red.

Figura 6.37. Uso de la barra de herramientas Figura 6.38. Parámetros de la impedancia equivalente




FALTA BIFÁSICA

Para modelizar la falta bifásica en la línea de transporte, en cada una de las fases implicadas secolocará un interruptor con apertura y cierre controlados por tiempo. Así como una resistencia

conectada a tierra, cuyo valor se podrá modificar para simular el efecto de faltas más o menosfrancas.

Asimismo, y con objeto de poder simular la falta entre dos fases y tierra, se utilizará un “splitter”o elemento que transforma un nudo trifásico en tres nudos monofásicos. De este modo será

posible acceder a cada una de las fases por separado. Este componente se halla en Probes & 3-phase Splitter y una vez girado convenientemente, se arrastrará con el ratón hasta situar sunudo trifásico sobre la interconexión entre los dos tramos que componen la línea de transmisión.

Los interruptores de cierre y apertura controlados por tiempo se seleccionan en Switches Switch time controlled y serán utilizados para provocar y despejar la falta en los tiempos que se

definan en el cuadro de atributos correspondiente (Figura 6.39). También será posible simularfaltas monofásicas a tierra sin más que anular el cierre de uno de ellos. En este ejemplo se simulauna falta bifásica a tierra, que se produce a los 0,1 segundos y dura también 0,1 segundos (hastalos 0,2 segundos).

Figura 6.39. Parámetros de los interruptores Figura 6.40. Parámetros de las resistencias de falta

En Branch Linear Resistor se elegirán las resistencias monofásicas con las que simularfaltas de diferentes resistencias. Inicialmente la falta bifásica se considera prácticamente sinresistencia a tierra (Figura 6.40).

Una vez situados y definidos los distintos elementos, se procederá a realizar las conexionesindicadas en la Figura 6.28. Incluyendo las conexiones a tierra.

Nótese aquí la diferente representación de las conexiones mono y trifásicas. Utilizando líneasfinas en el primer caso y por medio de trazos gruesos en el segundo.

ELEMENTOS DE MEDIDA

Para analizar los resultados se colocan distintos voltímetros y amperímetros en el sistema. Estetipo de elementos se obtiene dentro del apartado Probes & 3-phase y en este caso se utilizarándos voltímetros (Probe Volt) y un amperímetro (Probe Curr).




Las magnitudes definidas como salidas son aquellas que al ejecutar el programa ATP seránguardadas en el fichero .pl4 que luego será utilizado para representar gráficamente los resultadoscon el PCPlot.

Cabe recordar aquí que, aunque en este ejemplo no se ha empleado, el propio cuadro de atributosde muchos componentes permite definir como salidas del sistema magnitudes tales como latensión, corriente o energía asociada a ese determinado elemento.

A la hora de posicionar y conectar estos elementos de medida, se empezará por losamperímetros. Seguidamente se harán las conexiones que aún faltaban por llevar a cabo, y porúltimo se ubicarán los voltímetros de modo que su toma se halle sobre el punto donde se desearealizar la medida.

Una vez han sido introducidos en el circuito, hay que definir para cada caso si se trata deelementos mono o trifásicos. En este último caso, habrá que especificar también la o las fases

cuya medida se quiera registrar (Figura 6.41).

Figura 6.41. Definición de los aparatos de medida Figura 6.42. Definición de los nudos del sistema

DEFINICIÓN DE NUDOS

Como último paso, es necesario identificar todos y cada uno de los nudos del circuito. Para ello,se hará doble clic sobre cada nudo (o clic con el botón derecho del ratón) y en el cuadro dediálogo que aparece se introducirá el nombre con el que será identificado en adelante (Figura6.42).

En el ejemplo, sólo se dará un nombre concreto a los nudos correspondientes a la salida de cadasubestación (SE1 y SE2 respectivamente) y a aquellos cuyas magnitudes se van a visualizar (T1:

primario del transformador y PF: punto de la línea en falta). Si se desea que los nombres sean

visibles en el circuito, se marcará la opción Display del cuadro de diálogo.

A continuación, y con objeto de evitar tener que repetir el proceso anterior para todos aquellosnudos del circuito a los que por diversos motivos no interesa identificar, se procederá a utilizar laopción ATP Make Names. La función de este comando es doble. Por un lado etiqueta todoslos nudos del sistema que previamente no hayan sido identificados, asignándoles un nombre queaunque para el usuario no tenga utilidad, resulta imprescindible para el correcto funcionamientodel programa. Y por otro, identifica todos los nudos del circuito que, dadas las conexionesrealizadas, conforman un único nodo eléctrico y procede a asignarles el mismo nombre.




10.1.2. Generación del ejecutable

Previamente a la generación del fichero .atp o ejecutable se procederá, si no se ha hecho ya, agrabar el circuito en un fichero .adp. Para ello se seguirá un procedimiento análogo al utilizado

en otros programas del entorno Windows, mediante el menú File Save o su icono de la barrade herramientas.

A continuación, se deben configurar los parámetros o “settings” del proceso de simulación.Mediante ellos se definen las condiciones o ajustes generales para la simulación del sistemaeléctrico construido con el ATPDraw a partir de los distintos elementos disponibles.

Para realizar esta operación se accederá a través del menú (ATP Settings) a un cuadro dediálogo compuesto por varias hojas donde se pueden destacar las dos primeras: Simulation (Figura 6.43) y Output (Figura 6.44).

Figura 6.43. Parámetros de simulación Figura 6.44. Parámetros de salida

En la primera de ellas se definen los parámetros:

- delta T: Intervalo de tiempo para la integración numérica. Se realiza un paso desimulación cada “delta T” segundos.

- Tmax: Tiempo total de la simulación en segundos. Al cumplirse este tiempo, se da por concluido el proceso de simulación.

-

Xopt: Indica las unidades en que se define el valor de una autoinducción:

o Si Xopt = 0; El valor se indicará en mH.

o Si Xopt = frecuencia del sistema; El valor se indicará en Ω.

- Copt: Indica las unidades en que se define el valor de las capacidades:

o Si Copt = 0; El valor se indicará en µF.

o Si Copt = frecuencia del sistema; El valor se indicará en Ω.

- Simulation Type: Se selecciona el tipo de simulación que se desea. En este caso seoptará por la simulación en el dominio del tiempo.




De la hoja correspondiente a la salida se reseñarán los dos siguientes:

- Print freq: Indica la frecuencia con la que se muestran los resultados numéricos por pantalla durante el proceso de compilado. En el ejemplo se indica que en pantalla

serán presentados los resultados de uno de cada 500 pasos de simulación realizados.- Plot freq: Indica la frecuencia con la que se salvan los valores de las variables de

salida en el fichero.pl4 para su posterior representación gráfica. Siguiendo con esteejemplo, el fichero .pl4 contendrá los datos de todos los pasos de simulaciónrealizados, dado que se almacenarán una de cada 1 integraciones efectuadas.

Si una vez modificados los valores de estos parámetros se quiere mantenerlos y poder utilizarlosen posteriores simulaciones, se deberá salvar de nuevo el fichero. De modo que la siguienteocasión en que el fichero sea llamado, se abra con los nuevos ajustes.

El siguiente paso será generar el fichero ejecutable .atp, para lo cual se escogerá la opción ATPMake File As del menú principal. Al hacerlo, el programa presentará un cuadro de diálogo

donde automáticamente se denominará al fichero .atp con el mismo nombre que tiene el .adp utilizado y aparecerá el directorio definido en Tools Options ·Directories ATP folder.

No obstante lo anterior, siempre quedará a criterio del usuario modificar el nombre del fichero.atp (por ejemplo, cuando se quiera hacer varias simulaciones de un mismo sistema pero condiferentes ajustes) o guardarlo en un directorio distinto al marcado por defecto.

Una vez creado el fichero .atp, y aunque es posible ejecutarlo desde la propia aplicación gráfica,se cerrará el ATPDraw y se volverá al ATPCC. Para desde allí utilizar de una manera más

sencilla y cómoda el resto de programas que componen este paquete.

10.1.3. Ejecución del fichero .atp con el programa ATP

Al volver a la pantalla principal del programa ATPCC, dentro del correspondiente menúdesplegable, se seleccionará el proyecto al que se haya asignado el caso creado. Al pulsar la teclaATP se comprobará que en la ventana derecha de la zona de trabajo aparecerá ya reflejado elfichero .atp que se ha generado en el paso anterior (Figura 6.45).

Figura 6.45. Programas con filtro ATP Figura 6.46. Programas con filtro ATPDraw




Del mismo modo, si se pulsa la tecla ATPDraw el fichero .adp del nuevo caso seráautomáticamente presentado junto con el resto de los archivos que pudieran existir ya en esedirectorio y que cumplan el filtro definido en las opciones del ATPCC (Figura 6.46).

Para variar la topología del sistema objeto del estudio o modificar alguno de sus parámetros, se puede abrir el programa ATPDraw utilizando la línea de menús o el icono de la barra de accesorápido. En ambos casos se tendrá que abrir el fichero .adp correspondiente, localizándolo en lacarpeta donde se halle guardado. De manera más rápida, será posible abrir directamente unfichero .adp, haciendo doble clic sobre su nombre en la ventana de la Figura 6.46.

Para ejecutar el fichero .atp, se seleccionará en el menú desplegable ATP Programs el programa ATP que se desee utilizar y a continuación, desde la pantalla reflejada en la Figura6.45, se seguirá alguno de los siguientes procedimientos:

- Pulsar Execute ATP. En este caso se ejecutará la versión del ATP-EMTP

seleccionada, utilizando como fichero de entrada aquél que se haya definido previamente en el cuadro ATP input data file.

- Hacer doble clic directamente sobre el fichero de extensión .atp que se desee utilizarcomo entrada al programa.

- Pulsar el botón derecho del ratón. Una vez seleccionado el fichero de extensión .atp que se desea sirva como entrada, se pulsa el botón derecho del ratón dentro del áreade la ventana de ficheros. A continuación aparecerá un cuadro de diálogo donde seescogerá la opción correspondiente al programa ATP.

Al ejecutar el ATP se abrirá una ventana donde se reflejarán tanto el estado de la ejecución del

programa, como los posibles errores que hayan podido surgir en dicho proceso. En caso de haberseleccionado la opción Save on both, también se presentarán en pantalla los resultadosobtenidos. Esta ventana deberá ser cerrada una vez haya finalizado la ejecución del programa.

Asimismo, la ejecución del programa va a proporcionar como resultado los ficheros .lis y .pl4 que automáticamente serán denominados con el mismo nombre del fichero .atp utilizado comoentrada.

En este caso, se comprobará que al pulsar de nuevo ATP aparecerá también el fichero .lis dondese salvan todas las incidencias acaecidas durante el proceso de ejecución del programa y losresultados obtenidos en el mismo. Este fichero es editable y puede abrirse con un editor de textos

siguiendo un procedimiento análogo al descrito para los ficheros .adp.

El fichero .pl4 será mostrado cuando se pulse PCPlot y en él han sido guardados todos los datosrelativos a las magnitudes que en el proceso de modelización del sistema hayan sido definidascomo salidas y que, posteriormente, serán representadas gráficamente utilizando el programaPCPlot.

10.1.4. Representación gráfica de los resultados

Para representar gráficamente los resultados obtenidos en la simulación del sistema modelizado

se puede utilizar cualquiera de los programas gráficos compatibles con este paquete.




En este ejemplo se utilizará el PCPlot, programa que se llamará desde la pantalla principal delATPCC a través de la línea de menús o de su icono en la barra de acceso rápido. Si en la ventanade la zona de trabajo se tiene visible el fichero .pl4 cuyos datos se desea representar, se puedeabrir programa y fichero a la vez haciendo doble clic sobre el nombre del segundo. Bien sea de

un modo u otro, al abrir el fichero .pl4 aparecerá el cuadro de diálogo de la Figura 6.47 donde seelegirán las variables a representar y el tipo de representación deseado.

Figura 6.47. Selección de curvas

En primer lugar se seleccionarán las tensiones en el primario del transformador según se haexplicado en el apartado teórico correspondiente. Hecho lo cual se presentará en pantalla elgráfico de la Figura 6.48, donde se observa que antes de producirse la falta (en t = 0,1 s) elsistema es equilibrado en tensiones. Al tener lugar el defecto, se produce una disminuciónclaramente apreciable en la tensión de las fases en falta. Cuando se despeja la falta (en t = 0,2 s)ambas experimentan un brusco incremento y, tras superar un periodo de inestabilidad, seestabilizan nuevamente en los valores originales. Entre tanto, la tensión de la fase sana

prácticamente no se ve afectada y mantiene en todo momento un valor similar.

Figura 6.48. Tensiones en el primario del transformador

Para representar la tensión en el punto de la línea donde se ha producido la falta, se escogerá laopción Contents de la línea de menús. Al hacerlo, el programa presentará de nuevo el cuadro dediálogo de la Figura 6.47, donde se anulará la selección anterior y se elegirán las tensiones defase correspondientes al punto de falta (Figura 6.49).




Figura 6.49. Tensiones en el punto de falta

Cual era de esperar, se puede observar cómo en el punto de falta, y durante el tiempo que duradicha falta, las tensiones de las dos fases afectadas se ponen a cero (por ser en el ejemplo nula laresistencia de la falta). Mientras tanto, la tensión de la fase sana varía ligeramente dependiendodel punto de la línea donde ésta se produzca. Con la desaparición de la falta ambas tensionesvuelven a sus valores iniciales, no sin antes pasar por un periodo transitorio.

Si se repite el mismo proceso y se seleccionan las intensidades en el punto de falta, se observaque la intensidad derivada a tierra es siempre nula excepto durante el tiempo que dura dichafalta. Mientras que la corriente derivada de la fase sana sigue siendo nula durante la falta, la delas dos fases en fallo padecen un enorme incremento. Con la desaparición de la falta ambasintensidades vuelven a anularse (Figura 6.50).

Figura 6.50. Intensidades derivadas a tierra

Como continuación y profundización del estudio, se propone al lector la modificación de los parámetros o del propio modelo para simular el comportamiento del sistema ante todo tipo defaltas (monofásicas, bifásicas y trifásicas, con o sin derivación a tierra), en diferentes puntos dela línea de transmisión y con distintos valores de la resistencia a tierra.




10.2. Ejemplo 2. Obtención del modelo de un transformador

A continuación, se muestra un ejemplo de la utilización de la subrutina BCTRAN aplicada a lasimulación de un transformador trifásico de tres devanados. En las expresiones se designarán consubíndice 1 aquellas magnitudes referentes al devanado primario o de alimentación (el de altatensión), con subíndice 2 las referentes al devanado secundario de media tensión, y consubíndice 3 las que hagan referencia al devanado terciario, el de menor tensión.

Los datos de partida necesarios para poder utilizar la subrutina de simulación BCTRAN son lascaracterísticas asignadas del transformador y los resultados de sus ensayos típicos (Tablas 6.1 a6.6).

f = 50 HzTENSIÓN

(V)INTENSIDAD

(A)POTENCIA

(MVA)CONEXIÓN

PRIMARIO 126000 229 50 ESTRELLA

SECUNDAR. 50000 461 40 ESTRELLA

TERCIARIO 15700 735 20 TRIÁNGULO

Tabla 6.1. Características asignadas del transformador

DEVANADOS GRUPO DE CONEXIÓN

PRIMARIO-SECUNDARIO Yy0

PRIMARIO-TERCIARIO Yd11

Tabla 6.2. Grupo de conexión

BOBINADO DEALIMENTACIÓN

TENSIÓN(V)

INTENSIDAD(A)

POTENCIA(W)

PRIMARIO 126000 0,7558 44750

Tabla 6.3. Ensayo de vacío

DEVANADO INTENS. S BASE TENSIÓN POTEN. TEMP.

ALIM. CORT. (A) (MVA) (V) (W) (ºC)

PRIM. SEC. 183,2 40 16344 166800 19

PRIM. TERC. 91,6 20 9300 85200 19

SEC. TERC. 230,5 20 7404 104400 19

Tabla 6.4. Ensayos de cortocircuito

ENSAYO P j

C 19º (W) Pa

C 19º (W)

PRIMARIO-SECUNDARIO 128000 37900

PRIMARIO-TERCIARIO 73400 11800

TERCIARIO-SECUNDARIO 71420 32980

Tabla 6.5. Pérdidas de cortocircuito




DEVANADO MATERIALCOEFIC.

MATERIALTEMPERATURA

(ºC)

RESIST.

(Ω)

PRIMARIO COBRE 234,5 19 1,3577

SECUNDARIO COBRE 234,5 19 0,1898

TERCIARIO COBRE 234,5 19 0,0687

Tabla 6.6. Medida de resistencias

Las resistencias indicadas son el resultado de calcular el valor medio de las tres medidas que se pueden hacer entre dos bornes de cada lado del transformador.

Además de los datos anteriores, que se pueden llamar directos, para simular este transformadorhay que dotar al EMTP-ATP de otros valores indirectos que se calculan a continuación.

Resistencias:

Ω=

=

∑6788,0

32

1 R R

1 Ω=

=

∑0949,0

32

1 R R

2

Ω=

= ∑

1031,032

3 R R3

Estos valores están referidos a la temperatura de 19ºC.

Ensayos de cortocircuito:

En el primer ensayo se alimenta por el primario y se cortocircuita el secundario.

Datos: U cc1 = 16344 V I

cc1 = 183,2 A (base 40 MVA)

Pcc

19 = 166,8 kW

Según protocolo de ensayos: P j

19 = 128,9 kW

Pa

19 = 37,9 kW

Comprobación:

P I R I R j

19

1

2

1

19

2

2

2

193 3= ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅

kW P j 85,1280949,046136788,02,1833 2219 =⋅⋅+⋅⋅=

Las pérdidas por Joule y adicionales deben transformarse a la temperatura de 75ºC.

kW PP j j 32,1575,253

5,3099,12819/1

75/11975

==++

= α

α




kW PPaa

05,315,309

5,2539,37

75/1

19/11975 ==+

+=

α

α

Por tanto, las pérdidas de cortocircuito a 75ºC son:

kW PPP C

adic

C

J

C

cc 37,188º75º75º75 =+=

La impedancia existente es requerida internamente por el programa y su valor se indica acontinuación:

Ω=== 508,512,183

3163443

ATCC

ATCC

CC I

U Z

Z U

I base

ATnom

ATnom

= 3

S S pos base= = 40 MVA

( ) Zpos

Z

Z

U S

I U

cc

base

ATcc pos

ATcc ATnom

12 21003

100= =

( ) %98,12100

1260002,1833

1040163342

6

12 =⋅⋅

⋅⋅= Zpos

De igual modo, efectuando las mismas operaciones con los datos recogidos en los ensayos decortocircuito primario – terciario y secundario – terciario, se obtendrán los resultados reflejados

en la Tabla 6.7.

DEVANADO Zpos S base C

ccP º75

ALIM. CORT. (%) (MVA) (kW)

PRIM. SEC. 12,98 40 188,37

PRIM. TERC. 7,38 20 99,25

SEC. TERC. 14,84 20 114,19


Ensayo de vacío

En este caso únicamente se ha realizado un ensayo de vacío a tensión nominal, por lo que no será posible tener en cuenta la saturación del circuito magnético y se considerará una magnetizaciónlineal. Si se desea contemplar la alinealidad del circuito magnético, será necesario realizarensayos de vacío a diferentes tensiones e introducir su efecto mediante una inductancia externaen cuyo modelo se hará uso de la subrutina de apoyo SATURA.

Por lo tanto, en este ejemplo se necesitarán solamente los datos de tensión (%), corriente (%) y pérdidas en el ensayo de vacío.

Datos: =10U 126000 V=10 I 0,7558 A

=0P 44750 W




Como el ensayo ha sido realizado por el lado de alta tensión, los valores de referencia serán126000 V y 229 A respectivamente.

%100100126000126000(%)0 =⋅=U ; %33,0100

2297558,0(%)0 =⋅= I

A continuación, desde el ATPDraw se selecciona la opción Transformers BCTRAN yaparecerá su icono correspondiente (Figura 6.51).

Figura 6.51. Apertura de un elemento BCTRAN

Haciendo doble clic sobre el icono se abrirá el cuadro de diálogo de dicho elemento, donde seintroducirán los datos solicitados:

- Generales (Structure): número de fases y de devanados, tipo de núcleo o si se deseaobtener como salida la matriz de inductancias inversa (AR).

- Características asignadas (Ratings): tensión, potencia, conexión y desfase de cadadevanado.

- Valores obtenidos en los ensayos (Factory tests). En este caso existe una ficha diferente para cada ensayo.

o Vacío (Figura 6.52): Se debe indicar el devanado desde el que se ha alimentado(Performed at), donde se desea ubicar la rama de vacío (Connect at), los datos delos ensayos realizados y cómo se desea considerar la magnetización del circuitomagnético (lineal interna en el elemento BCTRAN, mediante una inductancia externao por medio de inductancia y resistencia externas). También se contempla la

posibilidad de incorporar los datos correspondientes a la secuencia cero.

o Cortocircuito (Figura 6.53): En este caso se indicarán la impedancia de cortocircuito(%), la potencia base para la que se ha efectuado y las pérdidas en cada uno de losensayos realizados. También aquí se pueden introducir los datos correspondientes a lasecuencia cero.

Una vez consignados todos los datos, se validarán (OK) y se salvará en un fichero .bct dentrodel directorio Bct. En este momento el programa dará la posibilidad de generar el fichero .atp

correspondiente y, en caso de respuesta afirmativa, se compilará automáticamente originado losficheros .lis y .pch.




Figura 6.52. Datos del ensayo de vacío Figura 6.53. Datos del ensayo de cortocircuito

La última versión del ATPDraw incluye también dentro de este cuadro de diálogo otras opcionescomo: importar un elemento bctran ya existente, salvar como, ejecutar el ATP, ver la curva demagnetización, copiar o ayuda.

Una vez obtenido el fichero .pch, el elemento BCTRAN creado puede ser ya utilizado paramodelizar el transformador y para utilizarlo en el sistema eléctrico con el que se vaya a trabajar.

Por último, se propone al lector que utilice la subrutina BCTRAN para obtener el modelo deltransformador trifásico cuyo circuito equivalente se obtiene en el ejemplo 1 del capítulo 2.

10.3. Ejemplo 3. Obtención del modelo de una línea

A continuación, se muestra un ejemplo de aplicación del programa ATP_LCC para utilizar lasubrutina LINE CONSTANS y obtener el modelo eléctrico de una línea a partir de sus datos dediseño.

La información relativa a la línea de 380 kV simulada se indica en la Tabla 6.8.

Longitud: 128,271 km Nº de apoyos: 312 Nº de circuitos: 1

Amarre:Suspensión:

30282

Conductores de fase Cable de tierra

Material:Tipo:Diámetro exterior:Diámetro interior:Sección:Resistencia en c.a. (20ºC):

Nº de conduct./fase:

ALUMINIO-ACEROHAWK

21,80 mm8,04 mm

281,1 mm2 0,0307 Ω/km

4

Material:Tipo:Diámetro exterior:Diámetro interior:Sección:Resistencia en c.a. (20ºC):

ACERO1 x 19 + 011,90 mm

Macizo83,80 mm2 x 2

5,43 Ω/km

Tabla 6.8. Datos de la línea




Asimismo, la disposición geométrica de los conductores se representa en la Figura 6.54, dondelas medidas se expresan en metros.

Figura 6.54. Disposición de los conductores

Los conductores de tierra son macizos, por lo que su coeficiente Skin toma el valor de 0,5. Encuanto a los conductores de fase, el coeficiente Skin se calcula de la siguiente forma:

Skin =∅ − ∅

⋅ ∅ =

−

⋅ =ext. int.

.

, ,

, ,

2

2180 8 04

2 2180 0 3156

ext

Conocidos todos estos datos, se ejecutará el programa ATP_LCC. Bien arrancándolo desde suubicación en el disco duro o bien desde el ATPCC. En este último caso, previamente habrá quehaberlo definido como programa adicional. En cualquier caso, aparece la pantalla principal deeste programa.

Al abrir un nuevo caso de línea (File New Line) aparece un cuadro de diálogo con dos hojas,cuyos datos se especificarán de acuerdo a la línea con la que se desea trabajar. En la primera deellas (Figura 6.55) se debe definir una serie de datos relativos al modelo de línea:

- Modelo con el que se quiere representar la línea: En este ejemplo se ha optado por elmodelo de Clarke para líneas transpuestas (Constant parameter). Se debe tener encuenta que los datos a introducir en esta hoja variarán de acuerdo al modelo elegido.

- Metric unit / English unit: Pinchando sobre el recuadro se alternará entre ambossistemas y automáticamente se modificarán las unidades en las que hay que introducirlos diferentes datos (tanto de esta hoja como de la correspondiente a los datos de losconductores).

- High accuracy (FCAR): Se seleccionará esta opción si se desea una alta precisión enlas fórmulas de Carson.

- Seg. ground: Sólo se seleccionará cuando el cable de tierra es puesto a tierra porsegmentos y no de modo continuo. En este caso no se selecciona.

- Transposed: Se seleccionará por tratarse de una línea transpuesta.

-

Rho(ohmm): Resistividad del terreno en Ω/m.- Dist.(km): Longitud de la línea.

- Freq.(Hz): Frecuencia.




Figura 6.55. Características de la línea Figura 6.56. Características de los conductores

Seguidamente, se procederá a consignar los datos relativos a los conductores (Conductor card).Haciendo uso del pulsador Add row se añadirán a la tabla tantas líneas como conductores tengala línea. En este caso 5 (tres de fase más dos de tierra). Además, se seleccionará la opción Autobundling para indicar que algunos de estos conductores son múltiples.

Para cada uno de los conductores se deberán especificar los siguientes datos (Figura 6.56):

- Ph. no.: Número de la fase a que hace referencia dicho conductor.

- Skin: Coeficiente Skin.

- Resis: Resistencia del conductor.

-

IX: Parámetro que hace referencia al modo de introducir el valor correspondiente a lareactancia de la línea. En este caso se ha seleccionado la opción 4, para indicar que seha realizado la corrección por efecto Skin.

- React: Coeficiente de autoinducción.

- Diam: Diámetro exterior de cada conductor.

- Horiz.: Distancia horizontal desde el centro del conductor o haz de conductores hastauna referencia vertical común. En este caso se toma como referencia el eje de la torre.

- Vtower: Distancia vertical desde el centro del conductor o haz de conductores hastael suelo, tomada en el propio apoyo.

-

Vmid: Distancia vertical desde el centro del conductor o haz de conductores hasta elsuelo, tomada en el punto medio del vano. En este caso se desconoce y se introduce elmismo valor del punto anterior. En todo caso, el programa trabaja tomando comoaltura del conductor el valor:

Vtower Vmid h ⋅+⋅=3

1

3

2

- Separ.: Distancia entre los conductores que componen el haz. Este campo sóloaparece si se ha seleccionado la opción Auto bundling. (En este caso 40 cm).

- Alpha: Ángulo respecto de la horizontal de uno de los conductor que componen elhaz. Sólo aparece si se ha seleccionado la opción Auto bundling. (En este caso 45º).

-

NB: Número de conductores que componen el haz. Este campo sólo aparece si se haseleccionado la opción Auto bundling. (En este caso 4 conductores por haz).




Una vez especificados todos los campos, se validarán los datos (OK), cerrándose el cuadro dediálogo que se ha utilizado. Cuadro que se podrá volver a recuperar cuando sea preciso (paraconsulta o modificación) mediante Edit Edit data o con el correspondiente pulsador de la

barra rápida. Del mismo modo, mediante Edit Zoom fit (o con la barra rápida) se puede

visionar gráficamente la disposición geométrica de los conductores. En este punto, si no se hahecho antes, se salvará la información en un fichero .lin.

El siguiente paso será obtener el fichero .atp que posteriormente pueda ser compilado por elATP. Para ello, manteniendo abierto el caso, se ejecuta la opción ATP Create data case. Elfichero así creado puede ser editado mediante la opción ATP Edit data case o mediante eleditor PFE32. En dicho fichero (Figura 6.57) se pueden observar la mayor parte de los datos quehan sido introducidos. Aunque para conocer el significado exacto de todos los datos que en élaparecen, habrá que acudir al ATP Rule Book.

Figura 6.57. Fichero VILL_TOR.atp

A continuación se ejecutará este fichero con cualquiera de las versiones del ATP (desde elATPCC) y como resultado se obtendrán los ficheros .lis y .pch correspondientes. Este últimocontiene la información en modo manejable por el ATPDraw (Figura 6.58).

Figura 6.58. Fichero VILL_TOR.pch




Así, cuando se desee incorporar esta línea a un circuito creado con el ATPDraw, no habrá másque recuperar este fichero con la opción Lines/Cables Read PCH file (Figura 6.59).

Figura 6.59. Utilización de ficheros .pch en el ATPDraw

Inmediatamente, en la zona de trabajo aparece el icono correspondiente al elemento LCC quemodeliza la línea. Igualmente, de manera automática, se genera el correspondiente fichero .lib que se guarda en el directorio Usp. Si se abre el cuadro de diálogo de dicho elemento (Figura6.60), se puede observar que dicho fichero (con su path) aparece en el campo $Include quedefine el objeto definido por el usuario que le será aplicado a este elemento.

Figura 6.60. Icono y cuadro de diálogo de un elemento LCC

Por otro lado, en las versiones del ATPDraw más recientes es posible llevar a cabo este mismo proceso incorporando al circuito un elemento LCC (para este caso se selecciona el elementoLines/Cables LCC 3 phase). Haciendo doble clic sobre el icono que aparece, se abrirá uncuadro de diálogo con dos hojas (Model y Data). En la primera de ellas se seleccionará el tipode elemento LCC que se desea introducir: línea aérea (Overhead Line) o cables (Single CoreCable y Enclosing Pipe). Según cual sea la opción seleccionada varían tanto los datos y lasopciones a definir en esta hoja, como en la segunda hoja de este cuadro.

Si se seleccionan las opciones correspondientes al caso de este ejemplo (Overhead Line,Bergeron y Transposed), los datos a definir son similares a los utilizados antes, aunque varía la

forma de introducir algunos de ellos (por ejemplo: se definen los radios en lugar de los diámetroso se especifican los radios internos y es el programa quien calcula el coeficiente Skin).




Una vez especificados todos los datos: se salvará el caso (Save As) en un fichero .alc, sevalidarán los datos (OK) y se genera el correspondiente fichero .atp, que podrá ser compiladodirectamente desde esta misma hoja o por cualquiera de los procedimientos antes descritos.Acción que, al igual que antes, producirá como resultado los ficheros .lis, .pch y .lib. Este último

será el que defina el modelo del elemento LCC que se ha incorporado al circuito eléctrico.

Indicar también que, en este mismo cuadro de diálogo, se presenta además una serie de utilidadesadicionales como recuperar casos ya existentes para su consulta o modificación ( import),ejecutar el ATP, visualizar la geometría del cable o línea con opciones de zoom y copia deimágenes (View) o la opción de ayuda.

En este punto, se propone al lector que resuelva este ejemplo haciendo uso de esta segundaopción y compruebe cómo los datos y resultados reflejados en los ficheros .atp y .pch asígenerados son los mismos que se han obtenido con el primer procedimiento.

Del mismo modo, el lector puede aplicar la subrutina LINE CONSTANTS para obtener elmodelo de la línea aérea utilizada en el ejemplo 2 correspondiente al capítulo 2 de este texto.

10.4. Ejemplo 4. Simulación mediante TACS

A continuación se utilizará la opción TACS para obtener el modelo del sistema de excitación deun generador síncrono simulado. El diagrama de bloques que representa dicho sistema deexcitación es el que se indica en la Figura 6.61.

Figura 6.61. Modelo del sistema de excitación de un generador síncrono

Para poder utilizar con los TACS señales del circuito eléctrico simulado con el ATP, se deberáhacer uso del elemento TACS Coupling to Circuit. De este modo se podrán capturar lasseñales de tensión correspondientes a cada una de las fases del alternador. En este punto se debetener en cuenta que los TACS únicamente trabajan con nudos monofásicos. Por ello, se deberáutilizar un Probes & 3-phase splitter para descompactar el nudo trifásico de salida delgenerador (Figura 6.62).




Figura 6.62. Acoplamiento de elementos TACS al circuito eléctrico

Una vez capturadas las señales de partida, se iniciará el diagrama correspondiente al sistema deexcitación propiamente dicho. Para ello se hará uso de los diferentes elementos TACS que elATPDraw pone a disposición del usuario y se obtendrá el circuito de la Figura 6.63.

Figura 6.63. Modelo del sistema de excitación con ATPDraw

Para crear el modelo se han utilizado diferentes elementos TACS:

- Bloques Fortran (TACS Fortran statements General): Son bloques donde se puede especificar la expresión que proporciona el valor de su única salida. Para ello,se debe utilizar una expresión Fortran de una sola línea donde se defina la salida en

función de otras variables o nudos TACS. En este ejemplo se han utilizado 6elementos de este tipo, dispuestos para obtener las variables: Vref , VSQ-R, VSQ-S ,VSQ-T , VMS y Vc. A modo de ejemplo, en la Figura 6.64 se muestra el cuadro dediálogo de esta última.

Como se puede apreciar, además de los campos habituales, sólo se debe definir el tipode dato (88 – interno, 98 – de salida o 99 – de entrada) y la expresión que define lasalida del bloque.

Para los demás elementos Fortran utilizados las expresiones serán:

o

Vref = 0,999743 (es la consigna de tensión o valor que se desea obtener en p.u.).o

VSQ-n = GENE-n * GENE-no

VMS = VSQ-R + VSQ-S + VSQ-T




Figura 6.64. Cuadro de diálogo de un elemento Fortran statements General

Además, se debe tener en cuenta que las entradas de estos bloques (variables usadas para obtener la salida) no necesitan ser cableadas. Es suficiente con que aparezcancorrectamente definidas en la sentencia Fortran efectuada. No obstante, el ATPDraw

permite plasmar las relaciones existentes entre cada bloque Fortran y los nudoscorrespondientes a las variables en él utilizadas. Para ello se hará uso de la opciónTACS Draw relation y se unirán mediante una línea de color azul aquellos nudoscuya relación se quiera reflejar gráficamente. La visualización de estas conexiones es

puramente informativa y no son tenidas en consideración para generar el ficherocompilable. Se puede trabajar con estas relaciones informativas del mismo modo alque se hace con las conexiones eléctricas normales.

-

Comparadores (TACS Fortran statements Maths x+y o x-y): Sonelementos TACS sin datos a definir, que se limitan a sumar o restar las señalescableadas a sus variables de entrada.

- Funciones de transferencia genéricas (TACS Transfer functions General):Son bloques con una única salida y 5 posibles entradas, que incorporan la opción delimitar el valor de la salida dentro de un intervalo cuyos límites pueden ser constantes(definidos por atributos) o variables (según el valor de dos entradas adicionales).

La función de transferencia del bloque será:

( ) 72

72

7210

7210

s Ds Ds D D

s N s N s N N Gainentradassalida

⋅++⋅+⋅+

⋅++⋅+⋅+⋅⋅= ∑

En este caso se han usado bloques de este tipo para obtener las variables VR y VF . Enlas Figuras 6.65 y 6.66, se pueden observar sus cuadros de diálogo y suscorrespondientes funciones de transferencia.

La salida del segundo de estos bloques no se va a limitar, por lo que ni se definiránlímites constantes (Fix_lo y Fix_Hi igual a cero) ni se cablearán las entradasName_L y Name_H.




Figura 6.65. Datos del bloque de VR Figura 6.66. Datos del bloque de VF

Sin embargo, para la variable VR se definirán los límites reflejados en el cuadro de la

Figura 6.65. Además, una de las entradas a este bloque debe ser negativa (Verr – VF ), por lo que se definirá el nudo de la entrada correspondiente a VF como negativo. Paraello, se hará clic con el botón derecho del ratón sobre dicho nudo y se definirá de tipo2 (Figura 6.67).

Figura 6.67. Cuadro de diálogo de un nodo TACS

Por otro lado, indicar que la orientación con la que se colocan los bloques en el dibujono condiciona la secuencia del programa. Al objeto de facilitar el seguimiento dellector, en este ejemplo se ha optado por representar los bloques al derecho (de modoque sus entradas se sitúen siempre a la izquierda y su salida a la derecha). No

obstante, el resultado hubiera sido el mismo si se hubiese seguido miméticamente ladisposición del esquema original (con los bloques correspondientes a lazos derealimentación en el sentido de derecha a izquierda).

- Bloque no lineal (TACS Devices User def nonlin): Se trata de un bloque que proporciona una salida variable con las entradas de forma no lineal.

( )∑⋅= entradasGain f salida

El cuadro de diálogo de este elemento contiene dos hojas. La primera de las cuales es

similar a las de los anteriores (en este caso ganancia igual a 1), mientras que en lasegunda hoja (Figura 6.68) se debe especificar su característica no lineal mediante unmáximo de 17 puntos entre los que el programa realizará una interpolación lineal.




Figura 6.68. Definición de la característica no lineal

- Un bloque integrador (TACS Transfer functions Integral): Donde laconstante de tiempo de la excitatriz (T E ) se ha introducido por medio de la gananciadel bloque (K=1/T E =1/0,95=1,0526315).

- Un bloque proporcional (TACS Fortran statements Maths x*K): Dondela ganancia del bloque representa la de la excitatriz (K = K E = - 0,170).

- Salidas (Probes & 3-phase Probe Tacs): Con estos elementos se indican lasvariables que se desea definir como de salida. No obstante, para la utilización decualquiera de estas variables en el circuito eléctrico, se pueden definir como salidas

de bloques Fortran e introducir su valor mediante fuentes TACS (Sources TACSSource).

- Bloques de inicialización (TACS Initial cond.): Para que el regulador de tensiónfuncione correctamente, se le deben indicar unas condiciones iniciales. Es decir, elvalor de las variables TACS al comienzo de la simulación. Estos valores aparecen alfinal del fichero .atp, precedidos por el número “77”. Para calcularlos, se comienza lasimulación asignando a EFD = 1 p.u. y se retrocede hacia atrás, teniendo en cuentaque al ser valores iniciales, el valor de s = 0.

EFD = 1

V E1 = EFD · K E = -0,170V E2 = EFD · S E (1) = 0,0673V R2 = -0,170V R = -0,1027V 1 = V R / K A = -0,1027 /400 = -0,00025675V F (s=0) = 0V ERR = V 1 = -0,00025675V C = Tensión de alimentación / Tensión nominal = 1 , debido a que elgenerador está dando la tensión nominal en bornes, de 18 kV.

VMS =18000

3

2

+ 18000

3

2

+ 18000

3

2

= 324 E+6

V REF = V C + V ERR = 1-0,00025675 = 0,999743




Una vez diseñado el circuito, se salvará y se generará el fichero .atp compilable. Al editar estefichero se obtendrá el siguiente código:

BEGIN NEW DATA CASE

C --------------------------------------------------------C Generated by ATPDRAW febrero, martes 8, 2005C A Bonneville Power Administration programC Programmed by H. K. Høidalen at SEfAS - NORWAY 1994-2001C --------------------------------------------------------C dT >< Tmax >< Xopt >< Copt >

1.E-6 .001500 1 1 1 1 0 0 1 0

TACS HYBRID/TACS98VSQ-R =GENE-R * GENE-R90GENE-R 1.90GENE-S 1.

90GENE-T 1.98VSQ-S =GENE-S * GENE-S98VSQ-T =GENE-T * GENE-T98VMS =VSQ-R + VSQ-S + VSQ-T98Vc =SQRT(VMS) / 1800098Vref =0.9997431VR +Verr -VF 400. -3.4 3.4

1.1. .05

98Verr = Vref - Vc98VE = VE2 + VE11VF +EFD .02

1.

1. .3398VR2 = VR - VE1EFD +VR2 1.0526

1.1.

98VE1 = -0.17 * EFD98VE2 56+EFD 1.

0 01 0.0673

3.27 0.224.36 0.95

9999.33VMS

33Vc33Verr33Vref33VR33VF33EFD77VMS 337089600.77Vc 1.77Vref .99974377VR2 -0.1777VE1 -0.1777VE2 .067377EFD 1.

77VR -0.102777VF77Verr -2.5675E-4C 1 2 3 4 5 6 7 8




C 345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890/BRANCHC < n 1>< n 2><ref1><ref2>< R >< L >< C >C < n 1>< n 2><ref1><ref2>< R >< A >< B ><Leng><><>0/SWITCH

C < n 1>< n 2>< Tclose ><Top/Tde >< Ie ><Vf/CLOP >< type >/SOURCEC < n 1><>< Ampl. >< Freq. ><Phase/T0>< A1 >< T1 >< TSTART >< TSTOP >/INITIAL/OUTPUTBLANK TACSBLANK BRANCHBLANK SWITCHBLANK SOURCEBLANK INITIALBLANK OUTPUTBLANK PLOTBEGIN NEW DATA CASE

BLANK

10.5. Ejemplo 5. Transitorios electromagnéticos

En este ejemplo se va a analizar el efecto que determinadas maniobras producen en las tensionesy corrientes de un sistema eléctrico. En concreto se va a trabajar con el sistema eléctrico de laFigura 6.69 y se van a simular las siguientes maniobras:

- Energización de la línea de transmisión.

-

Conexión del banco de transformadores situado al final de dicha línea.

Figura 6.69. Unifilar del sistema

El sistema eléctrico analizado representa el punto de interconexión entre dos subsistemas pertenecientes a compañías eléctricas diferentes. En determinadas circunstancias dichossubsistemas pueden quedar aislados al operar con la interconexión abierta. En estas condiciones,la parte del sistema representada en la Figura 6.69 opera de forma radial y las cargas de lassubestaciones SE 2 y SE 3 son alimentadas a través de una única línea de transmisión. A fin deinyectar la potencia reactiva suficiente para mantener la tensión de la red dentro de los márgenes

adecuados para su explotación, durante la operación en estas circunstancias se utiliza una bateríade condensadores de 14,4 MVAr a 45 kV, conectados al sistema de 132 kV a través de untransformador.




En este ejemplo, todas las simulaciones se van a llevar a cabo con el interruptor de interconexiónabierto.

10.5.1. Datos de partida

A continuación se recogen los datos correspondientes a los distintos elementos del sistema, a partir de los cuales se construirá su modelo

GENERADOR

El generador de la subestación SE 1 representa un generador equivalente situado en ese nudo,que tiene en cuenta la influencia de las centrales generadoras de su entorno. Sus característicasnominales son:

- Tensión equivalente: 132 kV

-

Potencia equivalente: 680 MVA-

Frecuencia: 50 Hz- Velocidad nominal: 200 rpm- Conexión: Estrella

LÍNEA

Se trata de una línea de 60,49 km de longitud, no traspuesta, tensión nominal de 132 kV, divididaen dos tramos de diferentes características (Tabla 6.9).

Tramo 1 (SE 1 a SE 2) Tramo 2 (SE 2 a SE 3)

Longitud (km) 28,894 31,591Conductor de fase LA-180 Aluminio-Acero

Diámetro exterior (mm) 17,5

Diámetro interior (mm) 7,5

Sección (mm2) 181,5

Nº de conductores por fase 1

Resistencia a 20ºC (Ω/km) 0,1962

Cable de tierra No tiene De acero, macizo

Resistencia a 20ºC (Ω/km) 5,4363

Diámetro (mm) 9,5

Tabla 6.9. Datos de la línea

En cuanto a la disposición de los conductores sobre las torres, dentro de cada tramo existendistintos tipos de torres. A fin de simplificar el proceso sin alterar significativamente losresultados de la simulación se presenta una configuración equivalente para cada tramo (Figura6.70). Esta configuración ha sido obtenida aplicando una media ponderada al conjunto de apoyosde la línea.




Figura 6.70. Disposición de los conductores

TRANSFORMADOR

El transformador utilizado viene definido por sus características asignadas (Tablas 6.10 y 6.11) y por los datos que el fabricante ha proporcionado sobre los diferentes ensayos realizados (Tablas6.12 a 6.15).

f = 50 HzTENSIÓN

(V)INTENSIDAD

(A)POTENCIA

(MVA)CONEXIÓN

PRIMARIO 138000 263,5 63 ESTRELLA

SECUNDAR. 46000 790,7 63 ESTRELLA

TERCIARIO 13800 878,6 21 TRIÁNGULO

Tabla 6.10. Características asignadas

DEVANADOS GRUPO DE CONEXIÓN

PRIMARIO-SECUNDARIO YNyn0

PRIMARIO-TERCIARIO YNd11

Tabla 6.11. Grupo de conexión

BOBINADO DEALIMENTACIÓN

TENSIÓN(V)

INTENSIDAD(A)

POTENCIA(W)

TERCIARIO 13800 4,4 32480

TERCIARIO 14490 5,93 37340

TERCIARIO 15180 8,1 42670

Tabla 6.12. Ensayos de vacío




DEVANADO MATERIALCOEFIC.

MATERIALTEMPERATURA

(ºC)

RESISTENCIAS

(Ω)

PRIMARIO COBRE 234,5 28 0,7066

SECUNDARIO COBRE 234,5 28 0,0626367

TERCIARIO COBRE 234,5 28 0,017926

Tabla 6.13. Medida de resistencias (valores por fase)

DEVANADO INTENS. S base TENSIÓN POTEN. TEMP.

ALIM. CORT. (A) (MVA) (V) (W) (ºC)

PRIM. SEC. 209,2 50 16638 197390 28

PRIM. TERC. 66,93 16 10118 30776 28

SEC. TERC. 200,8 16 1383 20830 28


ENSAYO (W)º28 C

jP (W)º28 C

aP (W)º75 C

ccP

PRIMARIO-SECUNDARIO 166772 30618 222551

PRIMARIO-TERCIARIO 21545 9231 33227

SECUNDARIO-TERCIARIO 19626 1204 24155

Tabla 6.15. Pérdidas de cortocircuito

BATERÍA DE CONDENSADORES

Se utiliza una batería de condensadores que está compuesta por un total de 96 condensadoresmonofásicos de las siguientes características:

- Tensión: 13750 V- Tipo: CMAD-150- Intensidad: 10,91 A- Potencia: 150 kVAr- Capacidad: 2,53 µF

Estos condensadores están dispuestos en conexión trifásica formando una estrella con neutroaislado. Cada fase de la estrella está formada por 16 ramas en paralelo y cada rama por dos

condensadores unidos en serie.

CARGAS

El conjunto de cargas alimentadas desde cada una de las subestaciones del sistema analizado sonrepresentadas por sendas cargas equivalentes en estrella. Las características de estos consumosvienen reflejadas en la Tabla 6.16.

CARGA P (MW) Q (MVAr) V (kV)

SE 1 5,3 2,2 134,6

SE 2 6,7 5,6 132,3

SE 3 20,8 7,9 130,5

Tabla 6.16. Consumos de las cargas




10.5.2. Modelización de los elementos del sistema

El siguiente paso será representar el sistema mediante los diferentes modelos que el ATPDraw proporciona para cada uno de los componentes reseñados (Figura 6.71).

Figura 6.71. Modelización del sistema

Algunos de estos elementos ya han sido utilizados en los ejemplos precedentes, por lo que eneste apartado únicamente se hará referencia a los aspectos no tratados con anterioridad.

GENERADOR

Dadas las características del sistema, se ha considerado que se trata de una conexión a una red de potencia infinita. Por ello se ha utilizado una fuente senoidal de tensión (132 kV y 50 Hz) paramodelizar la barra de potencia infinita (Sources AC-3ph. type 14).

Los valores a consignar en el correspondiente cuadro de diálogo (ver Figura 6.29) serán: 107778V de amplitud (valor de pico de la tensión fase-neutro), 50 Hz de frecuencia y 0º de fase.

LÍNEA

A partir de los datos proporcionados y siguiendo los pasos explicados en el ejemplo 3 de este

capítulo, se crearán los ficheros .pch que modelizan cada uno de los dos tramos de líneaconsiderados. Así, se utilizará el modelo de línea K. C. Lee (Constant Parmeter) notranspuesta, a 50 Hz, con los parámetros reflejados en las Figuras 6.72 y 6.73.

Figura 6.72. Parámetros del tramo 1 Figura 6.73. Parámetros del tramo 2




TRANSFORMADOR

Para simular el transformador se va a hacer uso de las subrutinas BCTRAN y SATURA. La primera de ellas ha sido suficientemente tratada en el ejemplo 2 de este mismo capítulo, por lo

que únicamente se presentarán los parámetros calculados a partir de los datos de partida proporcionados (Figura 6.74). En este punto, se propone al lector la obtención y cálculo de dichomodelo.

Figura 6.74. Parámetros del transformador

Adicionalmente, como se dispone de datos suficientes (tres ensayos de vacío), en este caso se vaa considerar la saturación del transformador mediante una inductancia externa, ya que la

subrutina BCTRAN no permite tener en cuenta la saturación. Por eso se ha seleccionado laopción Core magnetization External inductance. De este modo, la subrutina consideraráúnicamente la componente resistiva de la corriente de vacío para obtener el valor de la rama de

pérdidas en el hierro.

Para incluir el efecto de la saturación, en bornes del primario del transformador se conectará unareactancia no lineal (Branch Nonlinear L(i) Type 93) cuya característica intensidad – flujoserá definida a partir de los ensayos de vacío realizados a diferentes tensiones. Además, paratener en cuenta la atenuación de la onda de intensidad en la simulación del transitorio deconexión del transformador, en serie con esta rama de magnetización saturable se añadirá unaresistencia de igual valor a la del bobinado primario (Figura 6.75).

Figura 6.75. Rama de saturación

Asimismo, para simplificar el modelo utilizado, en este ejemplo se va a hacer uso de una de lasfuncionalidades del programa ATPDraw: la creación de un nuevo elemento mediante agrupación

de otros componentes ya creados. En este caso, se van a agrupar todos los elementos quecomponen esta rama de saturación. Para ello, se seleccionarán los elementos a agrupar y seelegirá la opción Edit Compress del menú.




En este momento aparecerá un cuadro de diálogo (Figura 6.76) donde todos los elementos queconforman el grupo serán mostrados (en Objects) con su denominación, seguida por una “/” y

por la etiqueta con la que hayan sido identificados por el usuario. Seleccionando cada uno de

ellos en dicho cuadro, aparecerán sus respectivos datos (en Data Available) y conexiones (enNodes Available). Todos estos datos y nudos podrán ser definidos como atributos del propiogrupo sin más que seleccionarlos (>>) en dicho cuadro. Además, en el caso de los nudos se debeespecificar su posición en el icono que representará al grupo. El nombre de los parámetrosseleccionados (datos y nudos) puede ser editado haciendo doble clic sobre ellos en el campoAdded to group.

Figura 6.76. Definición de los atributos de un grupo

Al agrupar elementos no lineales, es posible asignar externamente una misma característica nolineal a un máximo de tres elementos. Así, en este ejemplo se seleccionarán como datos externosal grupo los atributos “Curr” y “Flux” de las tres inductancias no lineales utilizadas y semarcarán las opciones Nonlinearity y Add nonlinear del cuadro de la Figura 6.76.

Una vez definido y validado el grupo, el conjunto de elementos agrupados aparecerárepresentado por un único icono que podrá ser utilizado como un componente más delATPDraw. Si se abre su cuadro de diálogo, aparecerán los parámetros y nudos definidos comoexternos, con los nombres que les hayan sido asignados y con los valores por defecto definidosen los cuadros de diálogo de sus respectivos elementos antes de ser agrupados. Para podermodificar el valor de los datos que no han sido definidos como atributos del grupo, será

necesario editar el grupo (Edit Edit Group) y abrir el cuadro del propio elemento. Una vezrealizados los ajustes y modificaciones necesarios, se volverá al circuito del nivel superiormediante la opción Edit Edit Circuit.

Por otro lado, es necesario indicar que para modificar los atributos del grupo, éste deberá serdesagrupado (Edit Extract) y, posteriormente, volver a crear un nuevo grupo con lasmodificaciones deseadas.

En este ejemplo, es necesario definir el valor de la resistencia R1 y la característica intensidad –flujo de las inductancias no lineales. La resistencia del devanado primario o de alimentación a latemperatura de 75ºC es la siguiente:

( )Ω=⋅=++

⋅= 833115,05,262

5,3097066,0

285,234

755,234º281

º751

C C R R




Para el cálculo de la reactancia saturable que representa la curva de saturación del transformadorse emplea la subrutina SATURA, diseñada para convertir valores eficaces de una curva tensión-intensidad ( )v i, , en valores de pico de la correspondiente curva flujo-intensidad ( )ϕ ,i , necesaria

para simulaciones transitorias. El programador debe alimentar a SATURA con la curva ( )v i, como una secuencia de puntos, y ella proporciona la curva ( )ϕ ,i con el mismo número de

puntos, asumiendo siempre interpolación lineal entre ellos. Los puntos con los que se alimenta ala subrutina SATURA son los que proceden de los ensayos de vacío.

La intensidad de magnetización responde a la siguiente expresión:

22

2

,

2

,,33

⋅−

=−=

exc

exc

fase perd faseexc fasemagU

Perd I I I I

Los datos de la saturación se deben introducir en por unidad. Para calcular estos valores habráque tener en cuenta que los datos de los ensayos están referidos al devanado terciario, mientrasque la rama de saturación se va a incluir por el lado de alta tensión, luego:

MVA MVA

S base

213

63== ; kV V

base 8,13=

(si los datos han sido previamente referidos al primario, se toma: kV kV

V base

674,793

138== )

AkV kV

V S I

base

basebase 73913,1521

8,1321000 ===

Por lo tanto, los datos correspondientes a la curva tensión – intensidad dados en valores porunidad serán los reflejados en la Tabla 6.17.

( )V p uexc

. . .).( u p I mag

1,00 1,587762219 E-3

1,05 2,177888932 E-3

1,10 3,010838344 E-3Tabla 6.17. Curva tensión - intensidad

A continuación, con el editor de textos, se escribirá el fichero que llama a la subrutina SATURA:

BEGIN NEW DATA CASE$DISABLE

SUBRUTINA SATURA PARA UN TRANSFORMADOR EN BASE ALOS ENSAYOS DE VACIO

$ENABLE$ERASE

SATURATIONC entrada de datos (frecuencia - Vrms, fase - Potencia, fase)50.0 79.674 21.00 0C entrada de datos (Irms,mag,fas - Vrms,fas) en por unidad




1.587762 -3 1.002.177889 -3 1.053.010838 -3 1.10

9999$PUNCH, SATTDBEN.PCH

BLANK line ending saturation dataBEGIN NEW DATA CASEBLANK line ending all cases

Fichero que, al ser compilado con el ATP, proporcionará un ejecutable (en este casoSATTDBEN.pch) donde se muestran los valores de la correspondiente curva intensidad-flujo,que serán utilizados para definir la característica de saturación de las inductancias saturablesincluidas en el grupo.

C <++++++> Cards punched by support routine on 24-Jan-05 17:23:01 <++++++>C SATURATIONC C entrada de datos (frecuencia - Vrms, fase - Potencia, fase)

C 50.0 79.674 21.00 0C C entrada de datos (Irms,mag,fas - Vrms,fas) en por unidadC 1.587762 -3 1.00C 2.177889 -3 1.05C 3.010838 -3 1.10C 9999

5.91838312E-01 3.58659011E+021.22719977E+00 3.76591961E+021.68222492E+00 3.94524912E+02

9999

En definitiva, los parámetros que caracterizarán al grupo creado para simular la saturación del

transformador serán los consignados en la Figura 6.77. Asimismo, para modificar larepresentación gráfica del nuevo grupo, se hará clic sobre el icono que aparece en la parteinferior izquierda del cuadro de atributos.

Figura 6.77. Parámetros del grupo

BATERÍA DE CONDENSADORES

En este ejemplo, la batería de condensadores va a ser analizada en su totalidad, ya que no se ha

previsto la operación con escalones de capacidad. Así, cada fase de la batería va ser modelizadamediante un único condensador monofásico (Branch Linear Capacitor) de capacidadequivalente a la del conjunto de la fase (20,24 µF).




Por otro lado, los condensadores se van a considerar como capacidades puras sin resistenciaadicional. Por ello, en el cuadro de diálogo de los condensadores será necesario anular el factorde resistencia serie (Ks).

CARGAS

Las cargas del sistema van a ser modelizadas mediante cargas trifásicas genéricas conectadas enestrella (Branch Linear RLC-Y 3-ph), cuyos atributos ( R, L y C ) serán calculados a partir delos datos disponibles (P, Q y U ), suponiendo nula su componente capacitiva. De este modo,aplicando las expresiones siguientes, se obtendrán los resultados de la Tabla 6.18.

ϕ

ϕ

Zsen X

Z R

=

= cos

S U Z

PQtg

/

/2=

=ϕ

f X L

QPS

π 2/

22

=

+=

CARGA R (Ω) L (mH)

SE 1 2916 3853

SE 2 1538 4092

SE 3 715,54 865

Tabla 6.18. Parámetros RL de las cargas

Los valores calculados se consignarán en los cuadros de diálogo correspondientes a las cargas decada una de las subestaciones, tal y como se explica en el ejemplo 1 de este mismo capítulo (verFigura 6.38)

OTROS ELEMENTOS

A fin de facilitar la realización de diferentes simulaciones con el mismo circuito, se van a utilizarinterruptores trifásicos de apertura y cierre controlados por tiempo (Switches Switches time3-ph). De esta manera, será posible aislar o conectar los diferentes componentes del circuito deacuerdo a las necesidades de cada simulación, definiendo los tiempos de operación de cadainterruptor en sus respectivos cuadros de diálogo (por ejemplo: Figura 6.78).

Figura 6.78. Parámetros de un interruptor trifásico controlado




Por último, se harán las conexiones necesarias para completar el circuito estudiado, se definiránlos nombres que identifiquen los nudos del sistema y se especificarán aquellas magnitudes cuyosresultados se desee obtener como salida de la simulación.

Para llevar a cabo este último cometido, se va a hacer uso tanto de elementos de medida como delas opciones recogidas en los propios cuadros de diálogo de cada elemento. En concreto, seutilizarán sendos voltímetros del tipo Probes & 3-phase Probe Volt para registrar laevolución de los voltajes fase – tierra en la barra de la SE 3 y en el secundario del transformador.Por su parte, para medir la tensión soportada por cada fase de la batería de condensadores, seoptará por seleccionar la opción 2 - Voltage existente en el menú desplegable Output queaparece en la parte inferior de los cuadros de diálogo de los condensadores equivalentes. Porúltimo, para medir las intensidades que circulan por el circuito, se seleccionará la opción 1 -Current existente en el menú desplegable Output de los cuadros de diálogo de los interruptorescorrespondientes a cada caso. En este ejemplo, se registrarán las corrientes de entrada a la líneaen SE 1 (Figura 6.78), las de línea en SE 3, las absorbidas por el primario del transformador y

las absorbidas por la batería de condensadores. Automáticamente, junto a cada uno de estoselementos aparecerá una señal recordatoria, indicando las magnitudes relativas al mismo queestán siendo registradas.

Una vez construido el modelo del sistema, se está en condiciones de simular su comportamientoen las distintas circunstancias que pudieran presentarse. En este ejemplo se van a simular dossituaciones distintas y en ambos casos se seguirá el mismo procedimiento. En primer lugar sedefinirán los tiempos de actuación de los diferentes interruptores, seleccionando la topología

particular del sistema y las maniobras sobre él efectuadas. A continuación se configurarán los parámetros del proceso de simulación (ATP Settings) y se generará el correspondiente

fichero ejecutable con extensión .atp (ATP Make File As). Posteriormente, dicho fichero seejecutará con el ATP y los resultados registrados en el fichero .pl4 se visualizarán mediante el programa de representación gráfica PCPlot, según se explica en el ejemplo 1 de este mismocapítulo.

10.5.3. Energización de la línea de transmisión

La energización de la línea de transmisión se va a realizar en vacío. Esto es, durante lasimulación se mantendrán abiertos todos los interruptores, a excepción de los interruptoresubicados en los extremos de la línea y el de red en la subestación SE 1. Los tiempos de operación

de los interruptores se definirán como sigue:

- Interruptor de red en SE 1 y de final de línea en SE 2: Cerrados en todo momento (porejemplo: T-cl = -1 s y T-op = 1 s).

- Interruptor de línea en SE 1: Cierra a los 0,02 s (T-cl = 0,02 s y T-op = 1 s).

- Resto de interruptores: Abiertos en todo momento (por ejemplo: T-cl = T-op = 1 s).

En cuanto al propio proceso de simulación, la parametrización a efectuar depende en granmedida de la precisión deseada. Lógicamente, se debe tener en cuenta que a mayor precisión elintervalo de tiempo para la integración numérica (delta T) será menor y, por ende, el tiempo

necesario para completar el proceso de simulación se verá incrementado en la misma medida. Enaras de abreviar el proceso de iniciación al manejo de esta herramienta, en este ejemplo no seutilizarán unos ajustes excesivamente exigentes. Pero se propone al lector la repetición de estas




simulaciones utilizando tiempos y ajustes más restrictivos, de modo que pueda observar lainfluencia de estos parámetros sobre aspectos de gran importancia práctica como son los tiemposde ejecución de la simulación, la precisión en los resultados y la mayor o menor discretización delas señales en los resultados gráficos. En concreto, se van a mantener los valores que aparecen

por defecto en ATP Settings, excepto:

- Tiempo de integración numérica: delta T = 1 E-5 s- Duración de la simulación: Tmax = 0,1 s- Frecuencia de salida gráfica: Plot freq = 5

Efectuada la simulación, los resultados obtenidos se analizarán gráficamente. A modo deejemplo, en la Figura 6.79 se presentan las curvas correspondientes a las tensiones en el extremoreceptor de la línea en SE 3. En ella se puede observar cómo, al cerrar el interruptor en elmomento en que la fase R pasa por un máximo, las mayores sobretensiones se producen en esamisma fase y se llega a duplicar el valor que el voltaje en dicho punto del sistema alcanzará

finalmente para el régimen permanente (valor de pico de la tensión fase – tierra igual a 108 kV).

Figura 6.79. Tensiones en el extremo receptor de la línea (SE 3)

Del mismo modo, en la Figura 6.80 queda reflejado el severo transitorio que presentan lasintensidades de entrada a la línea en SE 1 para esas mismas condiciones.

Figura 6.80. Intensidades de entrada a la línea en SE 1




En este punto, el lector puede observar la influencia que sobre estas variables tiene el instante enque se inicia la energización de la línea. Para ello, bastará con que se modifique el tiempo decierre del interruptor de línea en la subestación SE 1. También se propone al lector quecompruebe el efecto de llevar a cabo la energización de la línea con una o varias cargas

conectadas.

10.5.4. Conexión del banco de condensadores

En este caso se partirá de una situación en la que el sistema trabaja en régimen permanente conla totalidad de las cargas conectadas y, ante la disminución del voltaje en barras de la subestaciónSE 3, se conectará la batería de condensadores. Para ello se establece la siguiente secuencia detiempos:

-

Interruptor de la batería de condensadores: Cierra cuando la fase R pasa por unmáximo de tensión (T-cl = 0,02 s y T-op = 1 s).

- Resto de interruptores: Cerrados en todo momento (T-cl = -1 s y T-op = 1 s).

En lo que se refiere a los ajustes del proceso de simulación, se aumentará su duración hasta los0,14 s y se mantendrá el valor del resto de los parámetros.

Así, se comprueba que la tensión en las barras de la subestación SE 3 ha caído desde una tensióneficaz entre fases de 132,27 kV en vacío (valor de pico fase – tierra: 108 kV) hasta los 127,9 kV(104,43 kV) cuando las cargas del sistema están conectadas. Del mismo modo, en la Figura 6.81

se puede apreciar que, al conectarse la batería de condensadores, el voltaje en barras se recuperaen parte y alcanza los 130,62 kV (106,65 kV) en el régimen permanente. Es decir, la conexión dela batería de condensadores proporciona un incremento del 2,06 % sobre la tensión nominal de132 kV.

Figura 6.81. Tensiones en el extremo receptor de la línea (SE 3)

Si se analiza la evolución de las tensiones soportadas por la batería de condensadores a lo largodel transitorio de conexión (Figura 6.82), se observa que la fase R es la que sufre la mayorsobretensión y alcanza unos valores de pico de 63010 V y – 60625 V de tensión simple por fase,lo cual supone una sobretensión del 1,7 p.u.




Figura 6.82. Tensiones en la batería de condensadores

Por último, como ampliación del estudio realizado, se propone al lector la simulación deltransitorio correspondiente a las siguientes maniobras:

- Conexión del transformador en vacío con la línea ya energizada.

- Energización de la línea con el transformador conectado.

- Conexión fallida de la batería de condensadores. Para este caso, conectar a tierra elneutro de la batería de condensadores y observar la evolución de las tensiones en cadafase de la batería. Suponer una maniobra con la siguiente secuencia: se cierran lasfases R y S (por ejemplo a los 10 ms y 15 ms respectivamente) mientras que falla elcierre de la fase T que permanece abierta; en vista de las anomalías detectadas en laconexión, se abre el interruptor de la batería a los 160 ms.

11. REFERENCIAS

1. ATP/EMTP Web Site. http://www.emtp.org/.

2. Canadian/American EMTP Users Group. http://www.ece.mtu.edu/atp/.

3. European EMTP-ATP Users Group Assoc. (EEUG). http://www.eeug.org.

4. M. Kizilcay and L. Prikler, “ATP-EMTP Beginner´s Guide for EEUG Members”, 2000.

5.

Bonneville Power Administration, “EMTP Theory Book”, 1995.

6. Canadian/American EMTP User Group, “ATP-EMTP Rule Book”, 1997.

http://www.emtp.org/



http://www.ece.mtu.edu/atp/



http://www.eeug.org/






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