Modelo híbrido del transformador de potencia para el estudio de corrientes geomagnéticas inducidas

El presente trabajo de investigación se centra en la estudio del comportamiento de las variables eléctricas de un transformador de potencia cuando se ve afectado por una corriente geomagnética inducida (GIC). El estudio de este fenómeno es importante debido a que los efectos ocasionados por las GIC en el transformador pueden traer consecuencias hacia el resto del sistema eléctrico interconectado. El estudio del fenómeno de las GIC en los sistemas de potencia ha estado en discusión e investigación por muchos años y los más interesados en minimizar sus efectos son las compañías suministradoras. Este interés surgió desde el apagón del 13 de marzo de 1989, originado por una gran tormenta solar que al chocar con la Tierra, ocasionó salidas de líneas de transmisión por disparos erróneos de las protecciones, sobrecargas de equipo, fallas en gran número de transformadores, donde algunos de ellos terminaron quemados por el sobrecalentamiento, terminando en el colapso total del sistema eléctrico de Quebec. A partir de este suceso, se incrementa el estudio de las GIC específicamente en los transformadores de potencia, debido a la necesidad de atenuar las repercusiones que tienen estas corrientes en el funcionamiento de estos equipos, los cuales son vulnerables a la entrada de estas corrientes a través de sus puntos de tierra. Las corrientes geomagnéticas tienen una muy baja frecuencia por lo que son consideradas corrientes quasi-directas. Cuando a través del transformador fluye una corriente directa además del flujo alterno de operación normal, se presenta el fenómeno de saturación del núcleo magnético en medio ciclo. Los efectos conocidos por la este efecto de saturación son: el incremento de armónicos, aumento en las corrientes de parasitas por lo tanto ocasiona calentamiento del equipo, además de originar un mayor consumo de potencia reactiva en el transformador. Al considerarse las GIC como corrientes directas, pueden modelarse para los análisis como una fuente de voltaje directo. El transformador de potencia se puede modelar tan a detalle como sea necesario el fenómeno motivo de estudio. En este trabajo se presenta el uso de dos modelos diferentes. El primer modelo propuesto, hace uso del modelo de transformador ideal al cuál se le anexa de manera externa la rama de magnetización que representa el núcleo magnético del transformador mediante el cual se observa la saturación del mismo. El segundo modelo aplicado es el modelo híbrido XFMR, el cual modela de manera topológicamente correcta las partes del transformador haciendo uso de una aproximación más exacta de la característica de saturación del núcleo. Este trabajo se conforma de seis capítulos, donde los primeros tres exponen los fundamentos de la investigación, los fundamentos teóricos del transformador y una explicación del fenómeno para entenderse a mayor profundidad. El capítulo cuarto expone los dos modelos aplicados en la investigación. Los casos de estudio se desarrollan en el capítulo cinco, exponiendo un análisis de los resultados obtenidos a través de simulaciones en ATP. Ahí mismo se incluye un resumen de los métodos propuestos actualmente para mitigación del fenómeno de GIC. Finalmente el capítulo seis expone las conclusiones obtenidas y los trabajos futuros para continuación del este trabajo.

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