Se trata de un programa de enorme tamaño y posibilidades, es de tipo general, para encarar cualquier tipo de problemas de transitorios electromagnéticos, con él compiten pequeños programas desarrollados ad hoc para resolver un tipo de problema particular.

Este programa se ha ido ampliando, tanto en tamaño como en afinación de los modelos, la contrapartida es que muchas veces el programa es desmedido para el problema que se plantea.

Se cuenta con elementos pasivos, activos, fuentes de distinto tipo, elementos especiales para tratar transitorios.

El manual no es claro, no puede decirse que sea bueno, pero es notable el grado de perfección con que esta diseñado el programa.

La primera dificultad que se encuentra es definir bien la tarea que se desea desarrollar con el programa.

El enfoque de este tema se realizara sobre distintos ejemplos de estudios que se han desarrollado.

La entrada de datos se realiza con un archivo donde en cierto orden se registran los datos, algunos son opcionales y pueden no ser incluidos.

La organización del archivo es la siguiente:

(1) - datos generales

(1.1) - inicio de un nuevo caso de estudio (beguin new data case)

(1.2 opcional) - requerimientos especiales, funciones auxiliares - transformador, constantes de línea, etc. - instrucciones particulares - frecuency scan, etc. - T.A.C.S.

(1.3) - datos misceláneos - miscelaneous data card.

(2) - ramas - elementos lineales, R, L, C, PI, transformadores, líneas, elementos alineales.

(3) - interruptores - simples, corrientes, tensión, estadísticos, etc.

(4) - fuentes - sinusoidal, rampas, de tensión, de corriente, maquinas sincrónicas.

(5 opcional) - condiciones iniciales, tensión, corriente.

(6) - especificaciones de salida, listados numéricos, tablas, gráficos.

La capacidad de datos es importante, en distintas versiones del programa se controla esta posibilidad.

Las dimensiones están dadas por:

LBUS - Numero de nodos.

LBRNCH - Numero de ramas.

LDATA - Elementos R L C.

LEXCT - Fuentes.

LSWITCH - Interruptores.

LPAST - Puntos de memoria para las líneas de parámetros distribuidos

LNONL - Numero de elementos alineales.

LCHAR - Numero de puntos característicos de elementos no lineales.

LFDEP - Numero de líneas con parámetros dependientes de la frecuencia.

Los elementos R L C se utilizan para construir los circuitos en la forma más simple, y aplicar directamente los conocimientos de la electrotecnia general.

En rigor los valores de R L C se integran en matrices, los elementos pueden tener solo R L y no tener C.

Estos simples elementos pueden usarse para construir varios modelos.

Ejemplo: para las sobretensiones atmosféricas el modelo de transformador es un simple capacitor.

En muchos casos los datos de chapa son insuficientes, para la ferroresonancia es indispensable representar la rama magnetizante, y en chapa no hay datos que conduzcan a una representación adecuada.

En otros estudios es necesario representar la reactancia serie de propagación.

Ejemplo: para el flujo de carga no hay problemas de propagación, y el estudio se hace sobre una red con parámetros concentrados.

El flujo de carga sirve para definir el área de interés (dimensiones) según la velocidad de propagación, para el estudio del transitorio.

Individualizada el área de acción de un fenómeno, se puede aprovechar este conocimiento para reducir el tamaño del modelo, el resto del sistema que no interesa se representa con elementos concentrados.

Interesa que este bien representada, la parte del sistema que influye en el transitorio, dentro de la gama de frecuencias de interés.

El numero de puntos de conexión entre la parte de interés y la que no es de interés, produce dificultades en la reducción.

Se desarrolla la parte equivalente, y se inyecta una corriente, y se determina la respuesta en frecuencia como diagrama de admitancia.

Lo mismo puede hacerse con la tensión, se obtiene un diagrama de impedancia.

Se arma la red completa y luego se la sintetiza, si el sistema tiene mas puntos de alimentación, se buscan las impedancias binarias.

Lo que se obtiene finalmente es la impedancia en función de la frecuencia, diagramas de modulo y fase.

Una vez obtenida la respuesta en frecuencia, se trata de obtener una respuesta parecida con un circuito de parámetros concentrados que de la misma respuesta en frecuencia (con precisión suficiente a los fines buscados).

El circuito de parámetros concentrados, tendrá tantas ramas en paralelo como polos y ceros se representan.

Muchas veces se busca como evoluciona en el tiempo una variable, se presenta una perturbación, un cortocircuito por ejemplo, que dura un tiempo, y luego se produce la interrupción.

Se valida el modelo.

El circuito que no es de interés en el estudio se puede sintetizar y se conecta a través de transformadores.

Hay elementos alineales en la red, y un elemento importante es el transformador, el modelo incluye un reactor.

Ejemplo: desenergizar transformadores con interrupción de pequeñas corrientes inductivas, se producen oscilaciones por interrupción del campo magnético.

En general no se conoce la característica magnetizante del transformador.

Es de interés registrar la corriente interrumpida y la tensión, lo importante es el método, la forma, y no la información.

Las líneas son de parámetros distribuidos, el tiempo de viaje caracteriza su comportamiento.

En el T.N.A. se representan circuitos PI, en el E.M.T.P. si la línea es ideal solo se representa su tiempo de viaje.

La atenuación y la distorsión son muy difíciles de representar, la línea sin perdidas es más simple, solo hay retardo de tiempo.

La distorsión por perdidas se puede tener en cuenta con una línea sin perdidas y una resistencia adicional, cada tramo tiene su reflexión.

La hipótesis simplificativa de tener todo constante da resultados mayores, lo que efectivamente ocurre es menor.

Se puede agregar la resistencia, si se la divide y agrega en tres puntos, el error es del 3 %.

Cuando la resistencia es función de la frecuencia se observa que la resistencia para el frente es mayor que para la cola, hay notable distorsión en el frente.

Este es un fenómeno muy importante para la secuencia cero.

Cómo se representa la línea numéricamente? el modelo se realiza con la función Weighting.

Se trabaja con la tabla de R y L y devuelve la antritransformada, se presentan problemas de oscilaciones.

Se desarrollo un estudio de performance de la función Weighting, según el tipo de transitorio se puede elegir el modelo.

Cuando se presentan sobretensiones el radio de acción de la sobretension esta relacionado con el tiempo de frente.

300 m/microsegundo * tf (tiempo de frente)

Las sobretensiones atmosféricas pueden estudiarse típicamente en estaciones eléctricas donde llegan desde las líneas.

Se deben representar descargadores, capacitores, aisladores, transformadores de potencia, de medición, barras, líneas.

Para un frente de 1 microsegundo el paso del tiempo debe ser 1/10 a 1/20, o sea 3 a 1.5 metros y todo elemento de esa dimensión debe ser representado como una línea, todos los elementos longitudinales son líneas.

La representación total incluye líneas, capacitores y descargadores, realizada la parte pasiva, se debe realizar la fuente, generar una onda normalizada 1.2/50 microsegundos.

Se debe decidir luego la amplitud de la sobretension que puede llegar a la estación, y finalmente se fijan los valores que representan el generador.

El descargador se puede representar con una quebrada o con una representación exponencial, si por razones de dimensión del programa no se logra un buen modelo, la primera corrección es complicando el elemento.

Siempre se pueden hacer distintos modelos y probarlos.

Otro ejemplo estudiado es la estación blindada G.I.S., el efecto de atenuación y distorsión en distancias pequeñas es despreciable.

Se determina el perfil de máximos de tensión.

Se utilizan líneas sin perdidas, en tensiones muy altas, toma importancia el efecto corona, se determina el perfil (de máximos) de tensión.

Otro caso es una red de baja tensión, por ejemplo el generador conectado directamente a líneas aéreas de redes rurales.

El modelo es monofasico, se representa una fase y todo el resto a tierra.

En este problema el caso critico era la sobretension atmosférica, a pesar de que el sistema tiene el neutro a tierra para las sobretensiones se comporta como si fuera aislado, el modo de propagación es único ya que se supone tierra en la que no penetra la corriente, como si el suelo fuera una chapa conductora.

Es oportuno agregar algunas aclaraciones sobre la líneas, el E.M.T.P. trabaja con descripción y conectividad de las fases, se describe toda la topología, fase por fase.

Se pueden dar las impedancias propias y mutuas, o bien darlas en forma matricial.

| Zl | = | T | * | Z012 |

La impedancia Z012 es fácil de describir con una matriz diagonal, también se puede entrar la Zl de la línea.

Los interruptores del E.M.T.P. son deterministicos o estadísticos, pueden cerrarse con cierto prearco, abrir en el cero o con corte de corriente.

Los interruptores hacen 100 maniobras con distribución gaussiana o normal.

Se pueden esclavizar los interruptores, con lo que se logra la subordinación de polos.

Los interruptores de medida se utilizan para los registros puntuales de corriente.

El E.M.T.P. incluye el programa T.A.C.S. que permite resolver problemas de control, y en particular se pueden utilizar par representaciones muy afinadas de los interruptores, pudiendo simular reencendidos y otras situaciones que se deben estudiar.

En el E.M.T.P. evolucionan las variables, fuentes y elementos discretos varían por condiciones internas o señales externas lógicas o continuas.

Las señales se generan con un programa simulador (común) que es el T.A.C.S., que recibe señales del E.M.T.P. y ambos programas están enganchados y se comunican.

La matriz representa el sistema general con sus vínculos, la combinación T.A.C.S. E.M.T.P. supone que los vínculos Z y A son dominantes, y C y B son nulos, en consecuencia se resuelven dos sistemas por separado.

| v | = | Z | * | i | ,luego | x | = | A | * | u |

Al alternarse en la solución de los dos sistemas se pierde el acoplamiento.

En el fenómeno que se estudia, las constantes de tiempo de E.M.T.P. y T.A.C.S. deben ser distintas, el deltat debe ser elegido menor que la menor de las constantes de tiempo.

Una aplicación desarrollada con T.A.C.S. es el modelo de interruptor de vacío, se trata de un interruptor ideal que se abre por señal de mando mas el procesamiento de la señal de tensión en bornes del interruptor.

El diagrama en bloques del sistema muestra las variables que se utilizan, y como se las procesa, en particular puede observarse que el modelo utiliza tensión y corriente, valor y su derivada.

El conjunto de elementos es un modelo completo, el modulo es el mejor posible, el sistema esta formado por muchos módulos, surgen naturales las preguntas: cabe la validación del modelo? es valido el modelo?

Se pueden proponer dos formas de validación, una es por contraste con equipos parecidos, realizando estudios iguales a los hechos con otros equipos se deben obtener resultados muy similares, pero la prueba de fuego es por contraste con mediciones de campo, si se pueden reproducir los fenómenos reales, caen las dudas pudiendo desarrollarse estudios que implicarían maniobras riesgosas.

Los objetivos de estas mediciones en campo fueron:

- registrar transitorios de maniobra y en particular: operación de cargas inductivas, energizacion y desenergizacion de líneas.

- detectar solicitaciones que se presentan en los equipos de potencia

- validar modelos matemáticos, y contrastar criterios de diseño del analizador y su comportamiento.

Las características de las variables a medir en este caso, pero también en general, fueron:

- tensiones y corrientes con un contenido muy amplio de espectro de frecuencias.

- amplitudes varias veces superiores a la nominal de servicio.

- rápido amortiguamiento.

- fenómenos no repetitivos, o no repetibles.

Los requerimientos del sistema de registro son muy particulares, los trasductores de 50 Hz (equipos del sistema) no sirven al menos en principio, para el caso particular en examen se utilizaron divisores de tensión capacitivos disponibles que fueron utilizados para la puesta a punto de la compensación serie.

Concretamente es necesario:

- respuesta dinámica y en frecuencia adecuadamente amplia.

- capacidad de registrar en una única aparición del fenómeno.

- sincronización con el transitorio

- inmunidad a las interferencias.

Los equipos que se deben utilizar en una campaña de este tipo son varios, en esta en particular se utilizaron los equipos que constituyen el T.N.A.

- adquisidor de datos (6 canales).

- secuenciador programable (80 canales de comando)

- computadora de proceso (HP 9845 A)

- graficador x, y (Plotter HP 9872 B)

- Osciloscopio (Tektronix 7313 - 4 canales)

Los resultados de la campaña fueron plenamente satisfactorios, los resultados de medición fueron obtenidos también al repetir las maniobras en el modelo, con errores aceptables, y en muchos casos con precisión sorprendente.

Si el cierre fuera tripolar perfecto solo se vería la propagación asociada a la impedancia homopolar, en cambio al cierre del primer polo en las otras dos fases se tienen ondas mitad y asociadas a la impedancia directa.

El modo de propagación directo se anticipa al modo homopolar, y se observan los dos modos de propagación con la influencia de los conductores y la tierra.

Trabajos presentados al primer seminario de usuarios de E.M.T.P.

- Dimensionamiento de un sistema de protección contra descargas atmosféricas para generadores de 13.2 kV directamente conectados a líneas aéreas - R. Frediani, P. Massa, y M. Sauval Benada [1].

- Uso del E.M.T.P. para la determinación del perfil de tensiones de una estación transformadora de 132 kV ante el ingreso de una descarga atmosférica por una línea - Roberto Ferrelli, Raul Bianchi Lastra [3].

- Sobretensiones transitorias en el sistema 500 kV El Chocon Buenos Aires originadas en maniobras de desenergizacion de transformadores de la central El Chocon - M. Sauval Benada [4].

- Simulación de interruptores de vacío, con corte anticipado de corriente y reencendidos múltiples utilizando rutinas T.A.C.S. del E.M.T.P. - Raúl Bianchi, Mario Beroqui [6].

- Circuitos "compactos" equivalentes a redes eléctricas muy extensas para el estudio de transitorios con economía de recursos de calculo - Mario Beroqui, Beatriz Barbieri, Daniel Llarens [14].

- Energizacion de líneas de transmisión: comparación de resultados con medidas de campo (in situ) y simulaciones analógicas (T.N.A.) - Patricia Arnera, D. Llarens, M. Sauval Benada [11].

Trabajos publicados en la Revista Electrotecnica (Argentina):

- Utilización del T.N.A. y programas digitales en el análisis de transitorios electromagnéticos derivados de maniobras habituales en el sistema Hidronor de 500 kV - Patricia Arnera, Domínguez, Llarens, Magaz - R.E. - Marzo/abril 1985.

- Características funcionales y prestaciones del analizador de transitorios del I.I.T.R.E.E. - R.E. - Noviembre/diciembre 1983.

Otras Publicaciones sobre el tema:

- Modelo híbrido para simulación de fenómenos transitorios en sistemas de potencia - El analizador de transitorios de redes del IITREE - P. Issouribehere, J. Agüero, D. Esteban, D. Llarens, Patricia Arnera, G. Baum.

- Descripción de una campaña de mediciones de campo de sobretensiones de maniobra en 500 kV - Reproducción de situaciones en un analizador de transitorios (TNA) y comparación de resultados - D. Llarens, J. L. Magaz, P. Issouribehere - Proyecto 1000 kV - Grupo Hidronor 1000 kV.

- Present day digital computer solution procedures and programs (chapter II) - W. Scott Mayer 1980

- Nonlinear and time-varying elements in digital simulation of electromagnetic transients - H. W. Dommel.

- Numerical modelling of frequency dependent transmission line parameters in an electromagnetic transient program - W. Scott Mayer, H. W. Dommel - Paper IEEE T 74 080-8 nov 1974.

- Natural modes of power line carrier on horizontal three- phase lines - M. C. Perz - Paper IEEE 63 936 July 1964