Capacidad de Sobrecarga temporal de las líneas de transmisión (desde 69 kV a 400 kV)

[Waltter Valdez]

Estimados Colegas,

Recurro a su experiencia y conocimiento para que me den un poco de luz, necesito conocer cuales son los criterios técnicos para calcular la capacidad de sobrecarga  temporal de las líneas de transmisión (desde 69 kV a 400 kV), es decir yo tengo una capacidad térmica con la cual la línea opera en condiciones normales, sin embargo cuando se producen contingencias (n-1 o n-2) en el sistema de potencia puedo permitir que temporalmente la línea opera por encima de su capacidad nominal. Si algunos de ustedes tiene experiencia o información en este tema, les agradeceré su ayuda.

Por el momento solo he encontrado la norma IEEE que pone un límite térmico en base a las características del conductor; sin embargo me gustaría ahondar más en el tema.

Muchas gracias de antemano por su apreciable colaboración.

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Saludos,
Waltter Valdez
El Salvador
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[omar graterol]

Walter, según veo estás hablando de los limites térmicos de las líneas; que es lo que está definido en la IEEE-738 1993, de lo cual te podría decir que este es solo el punto de partida, según el cual se determina en una línea el limite térmico normal y el limite térmico de emergencia. Limites Térmicos Límite Térmico Nominal- El limite térmico  nominal se determina según la carga normal para la cual se estará diseñando la línea, para este caso, según normas Venezolanas (CADAFE NLAV), se considera que el conductor debería estar por debajo de 100 oC, sin alcanzar el límite de 600 Horas al año, durante la vida de la línea, a esta temperatura. Esta verificación se hace a ciertas condiciones ambientales (Temperatura ambiental media máxima y una velocidad del viento de 2,194 Km/Hora). Para los casos típicos que yo conozco, se  trata de tener esta temperatura por debajo de 75 oC. Límite Térmico de Emergencia- El límite térmico de emergencia, se determina para la capacidad de emergencia que en el caso de una línea doble, se debe considerar la carga que asume la línea que queda en funcionamiento al perder su pareja en la ruta de carga; en otras palabras, se identifica el caso operacional que signifique una emergencia para la línea, se define su carga y se calcula la temperatura en este límite.  Según normas Venezolanas (CADAFE NLAV), se considera que el conductor en este límite, no debería perder mas de un 10% de rigidez mecánica, verificando esto para la condición ambiental más probable en condiciones de emergencia, siendo estas la temperatura ambiental media media y un viento máximo de 3,291 Km/hora.   Las temperaturas determinadas para estas condiciones definen las temperaturas a las cuales estará sometida la línea bajo las condiciones de carga normal y emergencia, que son al final las temperaturas que definen las máximas flechas que pueden existir sin romper las distancias mínimas de separación a tierra u a otros objetos en el recorrido de la línea. Es importante conocer las condiciones de diseño de una línea existente, para poder fijar sus límites térmicos en cualquier momento de su vida; si no se tienen estos valores, se hace necesario re calcular la línea en los términos actuales de uso y definir hasta donde puede ser cargada la línea sin romper sus separaciones mínimas. Limites de Estabilidad No obstante lo anterior, los limites térmicos son solo el inicio; lo más importante es determinar los límites de estabilidad, los cuales pueden ser definidos mediante estudios de estabilidad del sistema (que incluye Generación de área, Capacidad de transformación, capacidad de las líneas, Inercia del sistema, etc.), o pueden ser tan simples como la carga máxima que pueden manejar las líneas, de tal forma que al caerse una o varias de sus compañeras en la misma ruta de carga, no se superen los limites de sus protecciones, los limites de voltaje o los limites de potencia en sitio, que queda en el área de suministro la línea en cuestión; existen reglas practicas como por ejemplo, no importar para una área más del 30%  ya que al perder la interconexión, quedara con una sobrecarga momentánea cercana al 50%, que es la máxima sobrecarga instantánea que puede evitar un colapso o black-out en un área (Caída violenta de frecuencia y voltaje que la actuación de los relés en 0,5 seg. No pueden salvar). Limites de Impedancia Transitoria Aunque los estudios de estabilidad son obligados en un sistema, existen métodos prácticos, que indican los limites de estabilidad conocidos como el método del “Limite de Carga a la Impedancia Transitoria” (SIL) que se da para líneas entre 50 y 200 millas de longitud, para toda la gama de voltajes. La misma está basada  en las características de inductancia en serie y capacitancia de las líneas en paralelo y se obtiene mediante la raíz cuadrada de la relación entre la inductancia y la capacitancia y es conocida como Z0 o “Impedancia Transitoria”. El limite térmico para líneas de extra alto voltaje (EHV), tiende a ser tres veces el SIL; destacando que cuando una línea se opera por encima del límite de carga de impedancia transitoria (SIL), se requieren medidas adicionales en el sitio de llegada para compensar las potenciales caídas de voltaje o corrimientos angulares entre el punto de suministro y el de recibo; por lo cual es muy remoto encontrar líneas limitadas por su límite térmico (Solo lineas muy cortas); lo que si sabemos que debemos respetar son sus límites de diseño térmico que es otra cosa; y por supuesto los Limites de Carga por Impedancia Transitoria (SIL).. A continuación una tabla que da idea de los “Limites de carga de Impedancia Transitoria” (SIL).   Limites de Carga Según Nivel de Impedancia Transitoria (SIL) Voltaje  kV Z0 ( Ω ) SIL (MW) Limite Térmico (MW)   OH UG OH UG OH % SIL UG % SIL                   69 250 24 19 200 200 1050 150 75 115-161 260 27 73 705 250 480 320 45 230 270 33 196 1603 600 306 450 29 345 280 41 425 2900 1400 330 650 22 500 290 50 862 5000 2800 325 930 19 765 300 61 1950 9600 7000 360 1300 13   OH = Linea Aerea   UG = Liea sub-terranea   En la tabla anterior se pueden ver los diferentes valores de SIL y los limites termicos de lineas con sus diferentes voltajes.   Walter, espero que sirva para tu analisis.   Saludos,.................Omar Graterol --- El lun, 8/11/10, Waltter Valdez <valdez....@gmail.com> escribió:

[Waltter Valdez]

Les agradezco a todos sus aportes.

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2010/11/8 Waltter Valdez <valdez....@gmail.com>

[Waltter Valdez]

Gracias Omar,

Muy ilustrativo e instructivo tu aporte. Actualmente nos interesa establecer los límites térmicos; posteriormente entraremos en la tarea para determinar los límites operativos (estabilidad).

Tengo una pregunta adicional, de tu experiencia ¿Cuál es tiempo máximo que se utiliza para el límite de emergencia? Según nuestra normativa, se establece que en 30 min. después de una contingencia múltiple el sistema debe ser restablecido a su normalidad.

Gracias por tu valiosa colaboración.

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2010/11/8 omar graterol <ogra...@yahoo.es>

Walter, según veo estás hablando de los limites térmicos de las líneas; que es lo que está definido en la IEEE-738 1993, de lo cual te podría decir que este es solo el punto de partida, según el cual se determina en una línea el limite térmico normal y el limite térmico de emergencia. Limites Térmicos Límite Térmico Nominal- El limite térmico  nominal se determina según la carga normal para la cual se estará diseñando la línea, para este caso, según normas Venezolanas (CADAFE NLAV), se considera que el conductor debería estar por debajo de 100 oC, sin alcanzar el límite de 600 Horas al año, durante la vida de la línea, a esta temperatura. Esta verificación se hace a ciertas condiciones ambientales (Temperatura ambiental media máxima y una velocidad del viento de 2,194 Km/Hora). Para los casos típicos que yo conozco, se  trata de tener esta temperatura por debajo de 75 oC. Límite Térmico de Emergencia- El límite térmico de emergencia, se determina para la capacidad de emergencia que en el caso de una línea doble, se debe considerar la carga que asume la línea que queda en funcionamiento al perder su pareja en la ruta de carga; en otras palabras, se identifica el caso operacional que signifique una emergencia para la línea, se define su carga y se calcula la temperatura en este límite.  Según normas Venezolanas (CADAFE NLAV), se considera que el conductor en este límite, no debería perder mas de un 10% de rigidez mecánica, verificando esto para la condición ambiental más probable en condiciones de emergencia, siendo estas la temperatura ambiental media media y un viento máximo de 3,291 Km/hora.   Las temperaturas determinadas para estas condiciones definen las temperaturas a las cuales estará sometida la línea bajo las condiciones de carga normal y emergencia, que son al final las temperaturas que definen las máximas flechas que pueden existir sin romper las distancias mínimas de separación a tierra u a otros objetos en el recorrido de la línea. Es importante conocer las condiciones de diseño de una línea existente, para poder fijar sus límites térmicos en cualquier momento de su vida; si no se tienen estos valores, se hace necesario re calcular la línea en los términos actuales de uso y definir hasta donde puede ser cargada la línea sin romper sus separaciones mínimas. Limites de Estabilidad No obstante lo anterior, los limites térmicos son solo el inicio; lo más importante es determinar los límites de estabilidad, los cuales pueden ser definidos mediante estudios de estabilidad del sistema (que incluye Generación de área, Capacidad de transformación, capacidad de las líneas, Inercia del sistema, etc.), o pueden ser tan simples como la carga máxima que pueden manejar las líneas, de tal forma que al caerse una o varias de sus compañeras en la misma ruta de carga, no se superen los limites de sus protecciones, los limites de voltaje o los limites de potencia en sitio, que queda en el área de suministro la línea en cuestión; existen reglas practicas como por ejemplo, no importar para una área más del 30%  ya que al perder la interconexión, quedara con una sobrecarga momentánea cercana al 50%, que es la máxima sobrecarga instantánea que puede evitar un colapso o black-out en un área (Caída violenta de frecuencia y voltaje que la actuación de los relés en 0,5 seg. No pueden salvar). Limites de Impedancia Transitoria Aunque los estudios de estabilidad son obligados en un sistema, existen métodos prácticos, que indican los limites de estabilidad conocidos como el método del “Limite de Carga a la Impedancia Transitoria” (SIL) que se da para líneas entre 50 y 200 millas de longitud, para toda la gama de voltajes. La misma está basada  en las características de inductancia en serie y capacitancia de las líneas en paralelo y se obtiene mediante la raíz cuadrada de la relación entre la inductancia y la capacitancia y es conocida como Z0 o “Impedancia Transitoria”. El limite térmico para líneas de extra alto voltaje (EHV), tiende a ser tres veces el SIL; destacando que cuando una línea se opera por encima del límite de carga de impedancia transitoria (SIL), se requieren medidas adicionales en el sitio de llegada para compensar las potenciales caídas de voltaje o corrimientos angulares entre el punto de suministro y el de recibo; por lo cual es muy remoto encontrar líneas limitadas por su límite térmico (Solo lineas muy cortas); lo que si sabemos que debemos respetar son sus límites de diseño térmico que es otra cosa; y por supuesto los Limites de Carga por Impedancia Transitoria (SIL).. A continuación una tabla que da idea de los “Limites de carga de Impedancia Transitoria” (SIL).

Limites de Carga Según Nivel de Impedancia Transitoria (SIL)

Voltaje  kV Z0 ( Ω )

[omar graterol]

Walter, segun la norma CADAFE mencionada en mi nota original, la acumulacion de tiempo en condiciones de emergencia esta limitada a 10 Horas por Año en la vida de la linea y segun estadisticas las mayores emergencias que hemos tenido han sido de 4 horas. Recuerda que aunque la norma habla de 100 oC maximo, nosotros normalmente buscamos trabajar en emergencia en el limite de 75 oC. Para mi se imponen los otros limites (estabilidad), especialmente para lineas largas.   Saludos,................Omar Graterol --- El mar, 9/11/10, Waltter Valdez <valdez....@gmail.com> escribió: