Análisis de la corriente de arco secundario para recierres monofásicos en líneas de extra alta tensión

Abstract

En un recierre monofásico en líneas de extra alta tensión, la fase fallada es aislada por la apertura de los interruptores en ambos extremos de la línea, el conductor de la fase fallada está aún energizado debido al acoplamiento electromagnético y electrostático a las fases energizadas en paralelo. Esto significa que una tensión persiste en el punto de falla que puede mantener la corriente de falla, aunque en menor nivel de corriente. Este hecho es conocido como “corriente de arco secundario” y es una corriente que usualmente sigue el camino de la energía del arco después de desconectar la fase fallada. Uno de los inconvenientes que deberá ser resuelto en esta tesis consiste en escoger el modelo matemático para calcular las corrientes de arco secundario y tensión de recuperación en líneas de extra alta tensión de una terna, con la finalidad de que cuando se efectué el recierre monofásico, la corriente de arco secundario se extinga en un tiempo dado y se pueda conseguir un recierre exitoso. La presente tesis analiza la interacción transitoria de la corriente de arco secundario con el sistema de extra alta tensión, mediante simulación, para lo cual, se resuelven ecuaciones algebraicas, diferenciales y matrices, que se originan de la formulación y desarrollo de un modelo matemático. Para tal fin, se define un modelo matemático adecuado del arco eléctrico en las líneas de extra alta tensión como una de las contribuciones más resaltantes. Adicionalmente, se define las necesidades y características que debe tener el equipo de protección para efectuar recierres monofásicos y evaluar los efectos que causa la corriente de arco secundario. Se implementó un módulo de simulación para analizar el comportamiento de la corriente de arco secundario y tensión de restablecimiento en líneas de extra alta tensión de una terna con el programa de transitorios electromagnéticos ATP-EMTP.

In a single-phase reclosing extra high voltage lines, the faulted phase is isolated by opening the switches at both ends of the line, the faulted phase conductor is still energized because electromagnetic and electrostatic coupling to the phases energized in parallel. This means that a persistent voltage at the point of failure that can keep the fault current to a lesser current level. This is know as secondary arc current is a current that usually follows the path of the arc energy after disconnecting the faulted phase. One of the problems that must be solved in this thesis is to choose the mathematical model for calculating secondary arc current and recovery voltage in extra high voltage lines, in order that when the single-phase reclosing is performed, current secondary arc is extinguished at a time and it can lead to a successful reclosing. This thesis analyzes the transient interaction of the secondary arc current to the system of extra high voltage by simulation, for which, algebraic, differential equations and matrices, which arise from the formulation and development of a mathematical model are solved. To this end, an appropriate mathematical model of the electric arc defined in the extra high voltage lines as one of the most outstanding contributions. Additionally, the needs and characteristics required protective equipment to perform single-phase reclosers and evaluate the effects that cause secondary arc current is defined. Simulation module was implemented to analyze the behavior of the secondary arc current and recovery voltage in extra high voltage lines with the ATP-EMTP electromagnetic transients program.