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

El presente trabajo de investigacion se centra en la estudio del comportamiento de las variables electricas de un transformador de potencia cuando se ve afectado por una corriente geomagnetica inducida (GIC). El estudio de este fenomeno es importante debido a que los efectos ocasionados por las GIC en el transformador pueden traer consecuencias hacia el resto del sistema electrico interconectado. El estudio del fenomeno de las GIC en los sistemas de potencia ha estado en discusion e investigacion por muchos anos y los mas interesados en minimizar sus efectos son las companias suministradoras. Este interes surgio desde el apagon del 13 de marzo de 1989, originado por una gran tormenta solar que al chocar con la Tierra, ocasiono salidas de lineas de transmision por disparos erroneos de las protecciones, sobrecargas de equipo, fallas en gran numero de transformadores, donde algunos de ellos terminaron quemados por el sobrecalentamiento, terminando en el colapso total del sistema electrico de Quebec. A partir de este suceso, se incrementa el estudio de las GIC especificamente 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 traves de sus puntos de tierra. Las corrientes geomagneticas tienen una muy baja frecuencia por lo que son consideradas corrientes quasi-directas. Cuando a traves del transformador fluye una corriente directa ademas del flujo alterno de operacion normal, se presenta el fenomeno de saturacion del nucleo magnetico en medio ciclo. Los efectos conocidos por la este efecto de saturacion son: el incremento de armonicos, aumento en las corrientes de parasitas por lo tanto ocasiona calentamiento del equipo, ademas de originar un mayor consumo de potencia reactiva en el transformador. Al considerarse las GIC como corrientes directas, pueden modelarse para los analisis como una fuente de voltaje directo. El transformador de potencia se puede modelar tan a detalle como sea necesario el fenomeno 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 cual se le anexa de manera externa la rama de magnetizacion que representa el nucleo magnetico del transformador mediante el cual se observa la saturacion del mismo. El segundo modelo aplicado es el modelo hibrido XFMR, el cual modela de manera topologicamente correcta las partes del transformador haciendo uso de una aproximacion mas exacta de la caracteristica de saturacion del nucleo. Este trabajo se conforma de seis capitulos, donde los primeros tres exponen los fundamentos de la investigacion, los fundamentos teoricos del transformador y una explicacion del fenomeno para entenderse a mayor profundidad. El capitulo cuarto expone los dos modelos aplicados en la investigacion. Los casos de estudio se desarrollan en el capitulo cinco, exponiendo un analisis de los resultados obtenidos a traves de simulaciones en ATP. Ahi mismo se incluye un resumen de los metodos propuestos actualmente para mitigacion del fenomeno de GIC. Finalmente el capitulo seis expone las conclusiones obtenidas y los trabajos futuros para continuacion del este trabajo.

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