Compensación Reactiva

Expositor :Ing. Juan Natividad Jamanca Chiclayo, Julio 2014

Capitulo de Ingeniera Mecnica Elctrica DIPLOMADO OPERACIN EN SISTEMA ELCTRICOS DE POTENCIA

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Compensacin Reactiva

Sbado 12.07.2014:

Curvas de capabilidad de las unidades de generacin.

Fundamentos de la transmisin de la potencia elctrica en lneas de transmisin.

Energizacin de lneas de transmisin en vacio.

Elementos de compensacin reactiva: capacitores shunt, capacitores serie, reactores shunt y reactores serie.

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Sbado 12.07.2014: Caractersticas del compensador sncrono.

Caractersticas del SVC.

CONTENIDO

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CURVAS DE CAPABILIDAD DE

UNIDADES DE GENERACIN


El comportamiento de un generador sncrono

comprende fundamentalmente dos condiciones de

operacin:

a) estado transitorio y

b) estado estable.

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Las caractersticas del generador en estado estable se

refieren sobre todo a los lmites trmicos para la

operacin segura del generador.

Es muy til que el operador conozca las caractersticas

de comportamiento en estado estable (capabilidad) de

su mquina, ya que stas marcan las condiciones

lmites de operacin, adems el operador puede

conocer como influyen los parmetros de la unidad en

su operacin.

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La curva o diagrama de capabilidad se basa en un

diagrama fasorial de potencias activa y reactiva llamado

Diagrama Circular de la Mquina Sncrona.

A la curva de capabilidad se le llama tambin diagrama

de lmite trmico, porque permite determinar el valor al

cual la mquina, sus embobinados y sus ncleos,

alcanzan la temperatura de rgimen de operacin

estable de acuerdo a sus aislamientos y manufactura.

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LIMITE DE OPERACIN DE

LOS GENERADORES

SINCRONOS


La operacin de un generador sncrono es limitada

principalmente por el calentamiento de los devanados

estatrico y rotrico, el sobrecalentamiento de estos

devanados repercute en la vida til de la mquina. Por

esta razn, una mquina sncrona no puede ser

sobrecargada a menos que sea absolutamente

necesario.

Otras limitaciones para la operacin del generador es la

estabilidad esttica de la mquina dada por el ngulo de

torque mximo, la excitacin mnima permisible y la

potencia mxima entregada por la mquina motriz.

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CORRIENTE DE ARMADURA

MXIMO


Es la corriente mxima permisible en el estator impuesta

por el calentamiento del estator y la consiguiente vida

til del aislamiento.

En la figura siguiente, se muestra este lugar geomtrico

como una semicircunferencia de radio igual a la potencia

aparente mxima (kVA), este valor viene dado por el

producto de la tensin nominal y la corriente mxima

permisible de armadura.

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CORRIENTE DE ARMADURA

MXIMO (CALENTAMIENTO

DEL ESTATOR)


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CURVA DE CAPABILIDAD DE



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POTENCIA MXIMA DE LA MQUINA

MOTRIZ (TURBINA)


Este lmite esta determinado por la capacidad de la

mquina motriz debido a limitaciones propias de

fabricacin, esta restriccin impide entregar mas que

cierta cantidad de potencia mxima.

El lugar geomtrico de este lmite se representa

mediante una recta paralela al eje Q, a una distancia de

magnitud igual a la potencia mxima de la turbina. En la

figura siguiente se puede observar como este lugar

geomtrico limita la potencia activa que puede entregar

al generador.

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POTENCIA MXIMA DE LA MQUINA

MOTRIZ (TURBINA)


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CORRIENTE DE EXCITACIN

MXIMA


Existe un valor mximo permisible de corriente de

excitacin impuesto por un lado por el calentamiento del

rotor, o por caractersticas propias de la excitatriz.

Este valor de corriente de excitacin induce en el estator

una FEM mxima el cual genera un lmite de potencia

aparente entregada por el generador (para el caso de

polos lisos se representa mediante una circunferencia).

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MXIMA (CALENTAMIENTO

DEL ROTOR)


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MNIMA


La excitatriz del generador es una mquina de corriente

continua, por ello es imposible anular los flujos

residuales (magnetismo remanente); por eso, aunque se

anule la excitacin siempre habr una FEM mnima

inducida para contrarrestar esos flujos residuales.

El lugar geomtrico de este lmite es una curva

semejante a la corriente de excitacin mxima, el lmite

para una mnima corriente de excitacin se muestra en

la figura siguiente.

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MNIMA (FLUJOS RESIDUALES)


En la practica cuando no se conoce el valor de esta

corriente mnima de excitacin, se estima entre un 5 a

10% de la excitacin necesaria con carga nominal.

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NGULO DE TORQUE MXIMO

(LMITE DE ESTABILIDAD

PERMANENTE)


La potencia producida por un generador sncrono

depende del ngulo definido entre la tensin en bornes

del generador y la FEM inducida.

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PERMANENTE)


El ngulo se le conoce como ngulo de torque y la

potencia mxima que puede suministrar el generador de

acuerdo a la figura siguiente, corresponde a un = 90,

la potencia mxima expresada por esta ecuacin

determina el lmite de estabilidad esttica del generador.

Normalmente, los generadores no se acercan a este

lmite, siendo los ngulos tpicos de torque entre 15 y

20 a plena carga.

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PERMANENTE)


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PERMANENTE)


Cualquier intento de transmitir una potencia hace

aumentar el ngulo en ms de 90, lo que disminuye la

potencia provocando inestabilidad y prdida del

Sincronismo. No es aconsejable operar el generador,

justo en este lmite terico, debido a las perturbaciones

del sistema que puedan ocurrir, en tal sentido se

recomienda definir un lmite prctico de seguridad como

lmite de estabilidad permanente. Este se obtiene

trasladando la curva para una menor potencia en 10% a

20% de la capacidad nominal de la mquina.

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DETERMINACIN DEL LMITE

PRACTICO PARA ESTABILIDAD PERMANENTE


El ngulo mximo que se puede obtener para una carga

mxima es cuando es igual a 90; este lmite terico

corresponde a una recta paralela al eje P, y que pasa

por el punto (-V/Xs, 0).

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26




El lmite practico se obtiene trazando circunferencias

para diferentes valores de potencia, tal como se muestra

en la figura siguiente, luego a partir de la interseccin de

estas circunferencias con el lmite de estabilidad terica,

puntos denominados con la letra c, se decrementa cada

potencia mxima en un 10 o 20% de la potencia activa

nominal.

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Los puntos d obtenidos se trasladan horizontalmente,

hasta interceptar con la circunferencia correspondiente,

obtenindose los puntos f. El lugar geomtrico resultante

de la unin de los puntos f, corresponde al lmite de

estabilidad permanente practico.

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Despus de haber impuesto las restricciones que limitan

la operacin del generador, la curva resultante es el

lmite de operacin del generador el cual determina la

regin sobre la cual se asegura una operacin confiable

de la mquina.

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A la curva de capacidad tambin se le conoce como

carta de operacin del generador y en el se pueden

determinar las diferentes combinaciones de megavatios

y megavars que pueden ser producidos por el generador

a diferentes factores de potencia y ngulos de torque

().

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Los vars positivos son suministrados por el generador y

es la zona de sobreexcitacin donde el generador

funciona con factor de potencia inductivo, y los vars

negativos son alimentados dentro del generador desde

el sistema de energa y es la zona de subexcitacin

donde el generador trabaja con factor de potencia

capacitivo.

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(POLOS LISOS)


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(POLOS LISOS)


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(POLOS SALIENTES)


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(POLOS SALIENTES)


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CONSIDERACIONES SOBRE LA CURVA DE CAPABILIDAD DE UNIDADES DE

GENERACIN


No podemos mantener la misma potencia aparente a un

factor de potencia mas bajo, debido al lmite de

temperatura del bobinado del rotor. La capacidad del

generador es reducida a un bajo factor de potencia en

retraso.

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GENERACIN

Compensacin Reactiva En la zona subexitada una corriente de excitacin muy

baja puede hacer que el rotor salga fuera de paso,

debido a la prdida de torque magntico. Si el generador

sufriera una prdida completa de campo, el generador

seguira entregando potencia activa por el

accionamiento de la turbina, pero retirara potencia

reactiva del sistema para mantener la excitacin, esto

conducira a una baja tensin en los terminales del

generador produciendo un sobrecalentamiento en el

hierro del estator, en este caso el rel de prdida de

campo puede ser usado para dar alarma o iniciar la

desconexin de la unidad.

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GENERACIN


Durante una perturbacin en el SEIN, puede ocurrir que

se formen reas aisladas; en algunas reas tendremos

demasiada generacin disponible y en otras habr

generacin insuficiente si una distribucin de carga no

se realiza inmediatamente; el generador sufrir cadas

de frecuencia, de tensin y un aumento de la corriente

en el estator y puede producir un sobrecalentamiento del

mismo.

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GENERACIN


El regulador de tensin aumentar la excitacin en el

generador para elevar la tensin de lnea, y esto puede

conducir al sobrecalentamiento del rotor. La misma se

protege a travs de un rel de sobrecorriente instalado

en el circuito de excitacin.

Del mismo modo el bobinado del estator puede ser

protegido del sobrecalentamiento por la instalacin de

un rel de sobrecorriente de tiempo extremadamente

inverso, fijado para operar justo cuando el lmite trmico

de corto tiempo del bobinado del estator sea alcanzado.

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EJEMPLOS DE CURVAS DE

CAPABILIDAD


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CAPABILIDAD


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CAPABILIDAD


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CAPABILIDAD


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EJEMPLOS FICHA TCNICA


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FUNDAMENTOS DE LA TRANSMISIN DE LA POTENCIA ELCTRICA EN

LNEAS DE TRANSMISIN

Compensacin Reactiva RED RADIAL Y CARGA REAL SIN COMPENSACIN

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LNEAS DE TRANSMISIN


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LNEAS DE TRANSMISIN


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LNEAS DE TRANSMISIN


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LNEAS DE TRANSMISIN


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LNEAS DE TRANSMISIN


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LNEAS DE TRANSMISIN


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LNEAS DE TRANSMISIN


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LNEAS DE TRANSMISIN


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EJEMPLO


EL = EG R IL = 10 2 I

PL = ELIL = (102I)I = 8

10I 2I2 = 8

5I I2 = 4

5 3 2

I =

I =

1

4

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ENERGIZACIN DE LNEAS DE

TRANSMISIN


Entre las operaciones de maniobra que pueden

ocasionar un nivel de sobretensin elevada estn las

operaciones de apertura o cierre.

Observaremos los de cierre como lo son: Energizacin

de una lnea y Recierre de una lnea.

Ante la energizacin o recierre de lneas trifsicas, es

muy probable la generacin de sobretensiones en las

tres fases de la lnea. As, cada cierre o recierre produce

tres sobretensiones fase-tierra y por lo tanto tres

sobretensiones entre fases.

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TRANSMISIN


Al energizar una lnea de transmisin en vaco la

sobretensin se origina por la discrepancia de polos en

el cierre del Interruptor de potencia (disyuntor), esto es,

la no simultaneidad del cierre de sus contactos. As,

luego de haber cerrado la primera fase se generan

ondas de tensin en las otras dos fases, producto de su

acoplamiento. Estas ondas se propagan a lo largo de la

lnea hasta alcanzar su otro extremo, en donde al chocar

con la impedancia de circuito abierto, se reflejan para

superponerse con las ondas que continan

propagndose, producindose as la sobretensin.

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TRANSMISIN


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TRANSMISIN


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TRANSMISIN


Al energizar una L.T. tener cuidado del efecto capacitivo

y el incremento de tensin que se produzca por la

misma. La cual puede traer consecuencias para las

unidades de generacin en especial la trmicas y las

industrias cercanas a la barra de energizacin.

Por ejemplo: energizamos una lnea 220 kV de 247.25

Km.

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TRANSMISIN


209.47 kV 39.14 MVAr 214.84 kV

227.00 kV

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INTRODUCCIN A LA COMPENSACIN

REACTIVA EN LNEAS DE

TRANSMISIN


Para una operacin eficiente y confiable de sistemas

elctricos de potencia, el control de la tensin y potencia

reactiva debera satisfacer los siguientes objetivos:

Tensiones en terminales de todos los equipos en el

sistema deben estar dentro de los lmites aceptables.

Una prolongada operacin de los equipos con tensiones

fuera del rango aceptable podra afectar su desempeo

y posiblemente provocarles daos irreparables.

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Maximizar la utilizacin de los sistemas de transmisin,

sin deteriorar los mrgenes de estabilidad del sistema.

Minimizar el flujo de potencia reactiva para reducir las

prdidas R.I2 y X.I2 hasta un mnimo prctico. As se

asegura la operacin eficiente de la transmisin.

INTRODUCCIN A LA COMPENSACIN

REACTIVA EN LNEAS DE

TRANSMISIN

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ELEMENTOS DE COMPENSACIN

REACTIVA


El problema de mantener las tensiones dentro de lmites

requeridos es complicado por el hecho de que el

sistema de transmisin conduce la energa elctrica de

muchas unidades de generacin, suministrando

potencia a un gran nmero de cargas. En ese sentido al

variar las cargas, varan los requerimientos de potencia

reactiva del sistema de transmisin.

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REACTIVA


Como la potencia reactiva no puede ser transmitida en

grandes distancias, el control de la tensin tiene que ser

efectuado utilizando equipos especiales esparcidos a

travs del sistema de transmisin. Desde luego que una

tarea fundamental del ingeniero de sistemas de potencia

es la apropiada seleccin y ubicacin de los equipos de

compensacin; as como la coordinacin de los mismos

para obtener un efectivo control de la potencia reactiva y

de la tensin.

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COMPENSACIN SHUNT

DISTRIBUIDA


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COMPENSACIN SERIE DISTRIBUIDA

El capacitor serie es especialmente utilizado para

disminuir el ngulo de transmisin e incrementar la

tensin en el terminal de recepcin de la lnea. El grado

de compensacin debe ser menor que el 100% para

evitar el fenmeno de la ferroresonancia, problemas con

los rels de proteccin, etc. Se han realizado avances y

propuestas en cuanto a cambiar el grado de

compensacin mediante la conexin o desconexin de

parte de los capacitores mediante tiristores.

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COMPENSACIN SERIE DISTRIBUIDA

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REACTIVA : GENERADORES


Los generadores suministran potencia activa al sistema

y sostienen su tensin mediante la produccin de

reactivos, cuando estn sobreexcitados, o

absorbindolos cuando operan subexcitados. El factor

de potencia de los generadores esta normalmente en el

rango de 0.75 a 0.95. Generadores hidrulicos

instalados a una gran distancia de los centros de carga

usualmente tienen alto factor de potencia; mientras que

los que estn cerca de las cargas o conforman un

sistema aislado, deben tener un factor de potencia bajo.

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REACTIVA : GENERADORES


La capacidad de suministrar o absorber en forma

continua potencia reactiva est limitada por la corriente

de armadura, la corriente de campo y el calentamiento

en el ncleo en las cercanas de las cabezas de bobina

del estator, provocado por el flujo de dispersin en la

condicin de subexcitacin.

El generador sncrono esta equipado con un regulador

automtico de tensin que continuamente ajusta la

excitacin y de ese modo controla la tensin en bornes

a un valor consigna.

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REACTIVA : TRANSFORMADORES


El consumo de potencia reactiva de un transformador

operando a corriente nominal esta normalmente entre

0.05 y 0.20 p.u. de su potencia aparente nominal. Este

consumo es para magnetizar el ncleo del

transformador (reactancia magnetizante) y compensar el

efecto del flujo de dispersin (reactancia de

cortocircuito). Los valores bajos son para

transformadores pequeos y los altos para grandes

transformadores.

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REACTIVA : LNEAS DE

TRANSMISIN


La carga de una lnea de transmisin vara entre 0.05 a

1 MVAR/km. para lneas de 138 kV a 500 kV.

La potencia reactiva consumida por las lneas depende

de la condicin de potencia transmitida, iguala a la carga

de la lnea al transmitirse la potencia natural, la cual se

encuentra entre 45 y 1000 MW para lneas de 138 a 500

kV.

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REACTIVA : CARGAS


Las cargas absorben potencia reactiva. Una barra de

carga tpica en una subestacin de un sistema de

potencia esta compuesta por un gran nmero de

aparatos de consumo. Tanto la potencia activa como la

reactiva consumida presentan dependencia con la

tensin. En ese sentido normalmente las cargas

provocan cadas de tensin. Las nicas cargas

industriales que presentan la opcin de inyectar potencia

reactiva son los motores sncronos, los cuales al ser

sobreexcitados presentan factores de potencia en

adelanto. El compensador sncrono es un motor

sncrono sin carga que tiene regulador de tensin.

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REACTIVA : REACTORES SHUNT


Es el medio ms econmico que se dispone para la

absorcin de potencia reactiva, pudiendo estar

conectado en el extremo de llegada de una lnea de

transmisin y maniobrado mecnicamente o mediante el

disparo de un interruptor con la seal de un rel de

tensin. Se utiliza para compensar los efectos de la

capacitancia de las lneas de transmisin,

particularmente para limitar las tensiones con la lnea en

vaco o en mnima carga. En ese sentido son

usualmente requeridos en lneas areas con longitudes

de mas de 100 km.

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Los reactores utilizados en sistemas de transmisin

tienen una construccin similar a los transformadores,

pero poseen solo un devanado primario y llevan

entrehierros en el ncleo, al igual que el transformador

el ncleo y bobinado estn sumergidos en aceite.

Pueden fabricarse unidades monofsicas o trifsicas.

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REACTIVA : CAPACITORES

SHUNT


Estos equipos constituyen el medio ms econmico para

producir potencia reactiva, pueden estar fijos o

maniobrados mecnicamente. Sus principales ventajas

son su bajo costo y su flexibilidad de instalacin y

operacin.

Una caracterstica desfavorable es que los capacitores

conectados en paralelo proveen el mnimo soporte de la

tensin cuando su aporte es ms necesario, en virtud a

que su potencia reactiva depende del cuadrado de su

tensin. No obstante, el uso de capacitores shunt se

ha incrementado considerablemente.

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SHUNT


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SHUNT


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SHUNT


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SHUNT


85



SHUNT


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SHUNT


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SHUNT


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SERIE


Se conectan en serie con los conductores de la lnea

para compensar su reactancia inductiva. De esta

manera se reduce la reactancia de transferencia entre

las subestaciones de envo y recepcin, con lo cual se

incrementa la potencia transmitida.

En un equipo de compensacin reactiva autorregulante,

que incrementa su potencia reactiva incrementado la

capacidad de transmisin.

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SERIE SISTEMA DE

DISTRIBUCIN


Se utiliza para mejorar la regulacin de tensin en los

alimentadores de distribucin y de sistemas industriales.

Este capacitor en serie no solo reduce la cada de

tensin sino que responde instantneamente a los

cambios de la corriente de carga, por lo cual puede ser

utilizado para resolver problemas de flicker.

90



SERIE SISTEMA DE

DISTRIBUCIN


Sin embargo existen muchos problemas asociados a

su utilizacin en los sistemas de distribucin:

autoexcitacin de grande motores asncronos y

sncronos durante el arranque, oscilaciones en motores

sncronos o asncronos con baja carga en sistemas

cuya relacin Rcc/Xcc es muy grande, la

Ferroresonancia con transformadores al ser energizados

y las dificultades para la proteccin de los capacitores

de las corrientes de falla.

91



SERIE SISTEMA DE

TRANSMISIN


Han tenido mayores aplicaciones en transmisin para

compensar la impedancia inductiva de lneas largas y

mejorar la estabilidad del sistema y para posibilitar el

reparto de carga en lneas de varios circuitos.

Un esquema tpico de proteccin de un banco serie se

muestra en la figura. Se aprecia una resistencia no-lineal

(R) de oxido de zinc (ZnO) que limita la tensin en el

banco durante una falla y reinserta el banco

inmediatamente despus que la corriente de falla se ha

despejado.

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SERIE SISTEMA DE

TRANSMISIN


La energa es absorbida por la resistencia sin necesidad

que se cebe el arco en el descargador (G), que provee

una proteccin de respaldo contra sobretensiones para

la resistencia. El banco de capacitores y el resistor

mantienen el circuito durante una falla, con la resistencia

conduciendo ms corriente.

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SERIE SISTEMA DE

TRANSMISIN


Los capacitores serie pueden ubicarse tericamente en

cualquier lugar a lo largo de la lnea. Los factores se

consideran en la seleccin de la ubicacin son: a. Costo. b. Accesibilidad. c. Niveles de falla. d. Criterios de proteccin. e. Perfil de tensiones. f. Efectividad en mejorar la capacidad de transmisin. Las ubicaciones que han sido utilizadas son: a. Punto medio de la lnea. b. Terminales de la lnea. c. Puntos de 1/3 o 1/4 de la lnea.

94



SERIE SISTEMA DE

TRANSMISIN


Cuando los capacitores serie se ubican en el punto

medio de la lnea, los requerimientos de proteccin son

menos complicados si el grado de compensacin es

menor de 0.50, asimismo las corrientes de cortocircuito

son menores. Sin embargo no es conveniente en

trminos de acceso para mantenimiento, supervisin y

seguridad.

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SERIE SISTEMA DE

TRANSMISIN


Cuando la compensacin se divide en dos y cada parte

se ubica en las subestaciones de envo y recepcin,

ofrece mayor accesibilidad y disponibilidad. Sus

desventajas son las altas corrientes de cortocircuito, la

mayor complicacin de la proteccin y la necesidad de

utilizar mayores montos de compensacin.

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SERIE SISTEMA DE

TRANSMISIN


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SERIE SISTEMA DE

TRANSMISIN


La seleccin de la configuracin del esquema de

compensacin serie para una aplicacin en particular,

requiere de un estudio detallado con la finalidad de

encontrar la solucin de mnimo costo que ofrezca la

mayor confiabilidad. Para ello las restricciones son el

perfil de tensiones, la efectividad de la compensacin,

prdidas de transmisin, sobretensiones y la proximidad

a una subestacin existente.

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SERIE SISTEMA DE

TRANSMISIN


Al agregar un capacitor en serie con la inductancia de la

lnea de transmisin se forma un circuito resonante

serie. La frecuencia natural de este circuito resonante

esta por debajo de la frecuencia industrial para una

rango de compensacin de 20 a 70 % de la reactancia

de la lnea, que puede ser activada durante alguna

perturbacin produciendo corrientes subarmnicas que

se superponen a la corriente de frecuencia fundamental.

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SERIE SISTEMA DE

TRANSMISIN


Estas corrientes subarmnicas son normalmente

amortiguadas rpidamente en algunos ciclos debido

a las resistencias de las lneas y cargas. Existe una

posibilidad de interaccin de estos subarmnicos con la

frecuencia natural del sistema mecnico de

turbogeneradores ubicados cerca, que puede

desencadenar oscilaciones torsionales espontneas o

luego de una falla (Resonancia Subsncrona).

100


REACTIVA : COMPENSADOR

SINCRONO


Tanto los reactores como los capacitores son equipos

pasivos de compensacin y no ejercen un control

transitorio de la tensin, efecto que se presenta cuando

ocurre un evento en el sistema.

Para superar estos problemas se instala compensacin

reactiva en la transmisin, uno de esos tipos es la

compensacin reactiva shunt regulada, la cual hasta

antes del descubrimiento de los tiristores se lograba

utilizando los compensadores sncronos.

101



SINCRONO


El compensador sncrono es utilizado cuando en una

subestacin existen bajos niveles de potencia de

cortocircuito y posee cargas grandes del tipo motor o en

la subestacin de recepcin, cuando la potencia debe

transmitirse a grandes distancias del punto en que la

energa elctrica es generada.

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SINCRONO


Un compensador sncrono es un motor sncrono que

opera sin carga en el eje y que consume de la barra en

la cual esta conectado, una corriente reactiva en

adelanto o en atraso. Se utiliza para mejorar el factor de

potencia, regular la tensin y cuando es necesario

incrementar la potencia de cortocircuito en su zona de

influencia.

103



SINCRONO


El diagrama fasorial del compensador sncrono, (sin

prdidas) conectado a una barra de tensin V se

muestra en la Figura siguiente:

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SINCRONO


La caracterstica Tensin-Corriente del compensador

sncrono se define a partir de la ecuacin:

V = Eq+ Xd I

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SINCRONO


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REACTIVA : SVC


Un compensador esttico de potencia reactiva (SVC) es

la versin de estado slido de un compensador

sncrono. Es un dispositivo reactivo que tiene la

propiedad de generar o absorber potencia reactiva, y a

diferencia del compensador sncrono, no tiene partes

fundamentales en movimiento.

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REACTIVA : SVC


Las estrategias de control de un SVC, son:

Control activo continuo, que disponen de un reactor

controlado por tiristores (TCR).

Control activo discontinuo, pueden incluir capacitores y

reactores conmutados por tiristores (TSC y TSR).

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REACTIVA : SVC


Los SVC ya sea controlados o conmutados por tiristores

son los que actualmente tienen mayor utilizacin,

totalizando el 95 % de los SVCs instalados en sistemas

de transmisin del mundo.

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REACTIVA : SVC CONTROLADO POR TIRISTORES


Esta conformado por un transformador, reactores,

capacitores, vlvulas de tiristores bidireccionales y un

sistema de control.

Los esquemas mas comunes de SVC, que consideran

los dos principios de control ms utilizados:

TSC/TCR: Capacitores conmutados por Tiristores

/Reactor controlado por tiristores.

TCR/FC: Reactor controlado por tiristores/Capacitores

fijos.

110




Desde el punto de vista de la frecuencia en ambos

principios de control (TSC y TCR), el SVC puede ser

considerado como una reactancia variable, el primero es

una reactancia capacitiva variable por escalones y en el

segundo es una reactancia inductiva continuamente

variable.

111




Tanto la configuracin TCR como la TSC normalmente

se conectan en delta. Las razones para la conexin

delta son una ms favorable utilizacin de los tiristores y,

en caso del esquema TCR, para encerrar los armnicos

con carcter de secuencia cero (tercer armnico y sus

mltiplos).

112


REACTIVA : SVC TIPO TSC/TCR


Un compensador de este tipo esta constituido por ramas

de capacitores conmutados por tiristores (TSC) en

paralelo con un reactor controlado por tiristores (TCR).

En las ramas TSC, en serie con cada capacitor se ubica

un reactor que tiene la funcin de atenuar los transitorios

de energizacin. Los tiristores se conectan entre el

reactor y el capacitor para protegerlos contra los

cortocircuitos

113




114




A diferencia del TCR, los tiristores son utilizados solo

para conectar o retirar los capacitores; por lo tanto en

las ramas TSC, la potencia reactiva capacitiva solo

puede variar por saltos y no se generan armnicos.

115




El sistema de control coordina el instante de la

conmutacin del capacitor para que la conexin sea

efectuada solamente en el momento que la tensin

residual del capacitor sea igual a la del sistema, esto es,

cuando la tensin en el tiristor sea cero, para minimizar

los transitorios de tensin. Una ventaja de la utilizacin

de ramas TSC en vez de capacitores conmutados

mecnicamente, es la rapidez de respuesta y el menor

transitorio de energizacin.

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REACTIVA : SVC TIPO FC/TCR


En este esquema el reactor esta normalmente dividido

en dos partes iguales para proteger los tiristores contra

cortocircuitos. El sistema de control define una corriente

en los reactores, mediante el control del ngulo de

disparo de los tiristores.

117




Para operar al SVC en el rango inductivo y capacitivo,

se instalan capacitores fijos en paralelo con los

reactores controlados. En serie con cada capacitor se

conecta un pequeo reactor con la finalidad de atenuar

los transitorios de energizacin; estos circuitos son

aprovechados tambin como filtros sintonizados a las

armnicas de mayor amplitud generadas por el SVC.

118




Cuando la conduccin de los tiristores es nula, es decir

cuando el ngulo de disparo de los tiristores es 180,

la corriente por los reactores es nula. En este caso los

filtros definen la capacidad reactiva capacitiva mxima

(nominal) del SVC

119




En la Figura se muestran las formas de onda de la

corriente en un reactor para conduccin parcial, y la

corriente de la combinacin TCR/FC.

120




La caracterstica Tensin - Corriente (V-I) de un SVC se

muestra en la Figura.

121


REACTIVA : SVC ESTATISMO O

PENDIENTE


La tensin de operacin de estado estacionario esta

dada por la intercepcin de las caractersticas del SVC y

del sistema. Estas caractersticas estn expresadas con

las siguientes ecuaciones: V = ETH XTH . I V = VREF + XS. I V: Tensin de la barra controlada por el SVC

ETH y XTH: Thevenin equivalente del sistema en la barra controlada.

I : Corriente del SVC.

VREF: Tensin de referencia del SVC.

XS: Reactancia asociada a la pendiente del SVC.

Normalmente la pendiente o estatismo del SVC vara de

1 a 5 %.

122



REACTIVA : SVC ESTATISMO O

PENDIENTE

123


APLICACIONES DEL SVC EN SISTEMA ELCTRICOS DE

POTENCIA

Los equipos estticos de compensacin reactiva con

caractersticas y controles particulares son aplicados en

sistemas elctricos de potencia para resolver una gran

variedad de problemas. Los cuales van a ser resumidos

a continuacin:

124



POTENCIA: CONTROL DE

TENSIN

En sistemas de potencia con bajas potencias de

cortocircuito o con lneas de transmisin largas

(sistemas de transmisin dbiles), la tensin es afectada

en forma significativa por las variaciones de carga, as

como por las desconexiones de elementos del sistema

por una contingencia.

125




TENSIN

En ese sentido en condiciones de mxima demanda, la

tensin caer considerablemente y eventualmente

puede colapsar. Sin embargo, para cargas ligeras

(mnima demanda), debido a que las lneas conducen

poca carga, se produce una sobrecompensacin

capacitiva en el sistema, que puede provocar la

subexcitacin temporal de mquinas sncronas.

126




TENSIN

Las sobretensiones pueden provocar la saturacin de

los transformadores y como consecuencia de ello, una

excesiva generacin de armnicos, pudiendo

eventualmente producirse la ferroresonancia con bancos

de capacitores y lneas de transmisin.

127




TENSIN

Los fenmenos de sobretensiones pueden causar

mltiples operaciones de los pararrayos, y posiblemente

su destruccin; mientras que los armnicos producen el

calentamiento de capacitores y motores, as como

tambin el dao de equipos de los consumidores.

128



POTENCIA: BALANCE DE

CARGA

En sistemas elctricos que tienen potencia de

cortocircuito bajas, las cargas asimtricas o cargas

monofsicas pueden producir asimetra en las tensiones

del sistema y la sobrecarga en determinados

componentes del mismo, as como tambin la

generacin de prdidas adicionales en las mquinas

elctricas. En ese sentido mediante la adicin de

magnitudes apropiadas de compensacin shunt puede

lograrse el balance de las cargas y tensiones, as como

tambin la correccin del factor de potencia.

129



POTENCIA: BALANCE DE

CARGAS

Para el balance de la asimetra de cargas

continuamente variables como los hornos de arco, la

nica solucin prctica es un compensador esttico con

control individual de cada una de sus fases.

130



POTENCIA: INCREMENTO DE LA

CAPACIDAD DE TRANSMISIN

La capacidad de transmisin de un sistema de potencia

es generalmente limitada por las tensiones de operacin

y por la reactancia de la lnea de transmisin.

Para un sistema interconectado modelado mediante un

generador conectado a una barra equivalente de un

sistema de potencia infinita, la potencia activa P

transferida esta dada por la expresin:

P = PM *Sen ;

donde :

PM = E*VS / X

131


Mediante la instalacin de equipos estticos de

compensacin reactiva en el sistema de transmisin

entre el generador y el sistema de gran potencia se

incrementa la capacidad de transmisin. Si se supone

que E = VS y que un SVC se ha ubicado en un punto

medio de la lnea y que la tensin controlada por el SVC

es igual a E, entonces cuando los lmites reactivos del

SVC son muy grandes se cumple que:

P = 2*PMAX*Sen ( / 2).




132


Estas ecuaciones permiten concluir de modo cualitativo

que la capacidad de transmisin de un sistema en

particular se incrementa con la instalacin de un SVC en

lugar estratgico, que puede ser determinado mediante

estudios de flujo de potencia.




133


Mejorar la estabilidad transitoria del sistema significa

dotar al sistema de mrgenes mayores de estabilidad;

esto es, incrementar su capacidad de hacer frente a

perturbaciones de gran envergadura. Cuando un SVC

se instala se incrementa la capacidad de transmisin tal

como se ha mostrado, luego para iguales condiciones

iniciales y de falla se aprecia una energa desacelerante

mayor, con lo cual el sistema dispone de un margen de

estabilidad superior mejorndose la estabilidad

transitoria.


POTENCIA: MEJORAMIENTO DE

LA ESTABILIDAD TRANSITORIA

134


Las variaciones normales de las cargas y las

operaciones de maniobras durante la operacin en

estado estacionario, provocan oscilaciones

electromecnicas, las cuales son generalmente

amortiguadas por el devanado amortiguador del

generador y los estabilizadores de sistemas de potencia

asociados con el sistema de regulacin de tensin del

generador.


POTENCIA: MEJORA DEL

AMORTIGUAMIENTO DEL SISTEMA

135


Sin embargo, en algunos casos se presentan

oscilaciones no amortiguadas de potencia las cuales

pueden producir oscilaciones sostenidas de tensin y

frecuencia, y eventualmente provocar la prdida del

sincronismo entre generadores. Es posible mejorar el

amortiguamiento del sistema, cuando se dispone de un

SVC con respuesta controlada continua y rpida, la cual

es mejorada mediante la adicin de seales de control

adicionales (POD).




136


Estas seales adicionales pueden ser: la potencia activa

y corriente por las lneas, frecuencia de la red, cambio

en el tiempo de la magnitud de la tensin, etc. Por otro

lado se prefieren seales de entrada proveniente de

mediciones locales porque son ms confiables y se evita

el tiempo de retraso en la transmisin.




137


Las sobretensiones temporales despus de un rechazo

de carga aparecen como consecuencia de la interaccin

entre las inductancias y capacitancias de las lneas

(efecto Ferranti), y los efectos se manifiestan en una

sobrecompensacin capacitiva, sobreexcitaciones

temporales y sobrevelocidad en las mquinas sncronas.

Asimismo, las sobretensiones pueden producir

operaciones no deseadas de los pararrayos y

eventualmente su destruccin.


POTENCIA: REDUCIR

SOBRETENSIONES TEMPORALES Y

POR ENERGIZACIN DE

LNEAS

138


En estos casos utilizando equipos automticos de

compensacin reactiva con apropiada capacidad de

sobrecarga en el rango de absorcin (rango inductivo),

puede lograrse una rpida reduccin de la tensin.


POTENCIA: REDUCIR

SOBRETENSIONES TEMPORALES Y

POR ENERGIZACIN DE

LNEAS

140

INGRESO DE DATOS EN DIG SILENT

BANCO DE CONDENSADORES


141


INGRESO DE DATOS EN DIG SILENT REACTOR DE

BARRA

142



REACTOR DE LNEA

143



SVC

144



CAPACITOR SERIE

145



CAPACITOR SERIE

146



CAPACITOR SERIE

147

CIRCUITO EQUIVALENTE DE

UNA LNEA DE TRANSMISIN


148

LNEA DE TRANSMISIN CON REACTOR DE LNEA


149



150



151



152



153

OPERACIN DE UNA MQUINA

SINCRONA


154

OPERACIN DE UNA MQUINA

SINCRONA LAZO DE CONTROL

Q-V


155

SISTEMA DE EXCITACIN CON

REGULACIN AUTOMTICO DE TENSIN (AVR)


156

COMPORTAMIENTO TRANSITORIO DE LA TENSIN ANTE INCREMENTO DE

POTENCIA REACTIVA


157

COMPORTAMIENTO TRANSITORIO DE

UNA MAQUINA SNCRONA ANTE EL

RECHAZO DE CARGA REACTIVA


158

COMPORTAMIENTO TRANSITORIO DE LA TENSIN ANTE

UN CORTOCIRCUITO

LEJANO


159

FUNCIONES DEL SISTEMA DE EXCITACIN


Mantener la tensin en bornes del generador.

Operar la mquina sincrnica dentro de sus lmites de

operacin.

Evitar que la mquina sincrnica este en modo

asncrono.

Respuesta rpida en caso de perturbaciones en la red.

Compartir potencia reactiva con otras mquinas

sncronas conectados en paralelo.

Estabilizar oscilaciones de potencia.

160

VENTAJAS DE LA CONEXIN ESTRELLA

RESPECTO A LA CONEXIN DELTA


161

VENTAJAS DE LA CONEXIN ESTRELLA

RESPECTO A LA CONEXIN DELTA


COMPENSACIN REACTIVA EN SISTEMA ELCTRICOS DE POTENCIASlide Number 2Slide Number 3Slide Number 4Slide Number 5Slide Number 6Slide Number 7Slide Number 8Slide Number 9Slide Number 10Slide Number 11Slide Number 12Slide Number 13Slide Number 14Slide Number 15Slide Number 16Slide Number 17Slide Number 18Slide Number 19Slide Number 20Slide Number 21Slide Number 22Slide Number 23Slide Number 24Slide Number 25Slide Number 26Slide Number 27Slide Number 28Slide Number 29Slide Number 30Slide Number 31Slide Number 32Slide Number 33Slide Number 34Slide Number 35Slide Number 36Slide Number 37Slide Number 38Slide Number 39Slide Number 40Slide Number 41Slide Number 42Slide Number 43Slide Number 44Slide Number 45Slide Number 46Slide Number 47Slide Number 48Slide Number 49Slide Number 50Slide Number 51Slide Number 52Slide Number 53Slide Number 54Slide Number 55Slide Number 56Slide Number 57Slide Number 58Slide Number 59Slide Number 60Slide Number 61Slide Number 62Slide Number 63Slide Number 64Slide Number 65Slide Number 66Slide Number 67Slide Number 68Slide Number 69Slide Number 70Slide Number 71Slide Number 72Slide Number 73Slide Number 74Slide Number 75Slide Number 76Slide Number 77Slide Number 78Slide Number 79Slide Number 80Slide Number 81Slide Number 82Slide Number 83Slide Number 84Slide Number 85Slide Number 86Slide Number 87Slide Number 88Slide Number 89Slide Number 90Slide Number 91Slide Number 92Slide Number 93Slide Number 94Slide Number 95Slide Number 96Slide Number 97Slide Number 98Slide Number 99Slide Number 100Slide Number 101Slide Number 102Slide Number 103Slide Number 104Slide Number 105Slide Number 106Slide Number 107Slide Number 108Slide Number 109Slide Number 110Slide Number 111Slide Number 112Slide Number 113Slide Number 114Slide Number 115Slide Number 116Slide Number 117Slide Number 118Slide Number 119Slide Number 120Slide Number 121Slide Number 122Slide Number 123Slide Number 124Slide Number 125Slide Number 126Slide Number 127Slide Number 128Slide Number 129Slide Number 130Slide Number 131Slide Number 132Slide Number 133Slide Number 134Slide Number 135Slide Number 136Slide Number 137Slide Number 138Slide Number 139Slide Number 140Slide Number 141Slide Number 142Slide Number 143Slide Number 144Slide Number 145Slide Number 146Slide Number 147Slide Number 148Slide Number 149Slide Number 150Slide Number 151Slide Number 152Slide Number 153Slide Number 154Slide Number 155Slide Number 156Slide Number 157Slide Number 158Slide Number 159Slide Number 160Slide Number 161

Documents

Compensación Reactiva