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Sobretensiones en redes de distribución por la

operación de sistemas de generación distribuida

Ing. Germán Zamanillo

( Miembro del I.P.S.E.P.)

Ing. Sebastian Nesci Dr. Ing. J. C. Gómez (Miembro I.P.S.E.P.) (Director I.P.S.E.P.)

Instituto de Protecciones de Sistemas Eléctricos de Potencia (I.P.S.E.P.)FI - Universidad Nacional de Río Cuarto

Córdoba – Argentina.

CIDEL 2010CIDEL 2010Buenos Aires, Argentina, 27 - 29 de Septiembre de 2010Buenos Aires, Argentina, 27 - 29 de Septiembre de 2010

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Se tiende a promover el aprovechamiento de fuentes alternativas.

Estas se conectan a redes de distribución en puntos cercanos a su generación.

Aparecen cambios en los criterios de operación y esquemas de protección tradicionales.

No existe una coordinación entre los sectores involucrados.

Surgen nuevas problemáticas respecto a sobretensiones

Estas se aplican a las redes de distribución como a los generadores distribuidos

Sistemas de generación distribuida

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Se evalúan dos esquemas de conexión de transformadores con generadores síncronos y asíncronos para cuatro casos experimentales.

Se emula a escala de laboratorio la GD a circuitos que tienen bancos de capacitores.

El sistema genera sobretensiones debido a ferroresonancia balanceada o desbalanceada.

Las sobretensiones presentan en algunos casos, una alta distorsión de la forma de onda..

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Las formas de conexión del transformador, que se presentan son:

A.Triángulo del lado del generador y del lado del sistema

B.Estrella aislada en el lado de la DG y triangulo en el lado del sistema

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A. Triángulo del lado del generador y del lado del sistema

La apertura del alimentador principal por falla, produce una sobretensión permanente de tensión de línea, que daña principalmente a los descargadores de sobretensión. 

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B. Estrella aislada en el lado de la DG y triangulo en el lado del sistema

La característica de este esquema es también su riesgo de ocurrencia de ferroresonancia desbalanceada o balanceada, en caso de falta de una fase del alimentador.

Esto ocurre, cuando opera alguno de los fusibles colocados entre el alimentador y el generador, y este último es desconectado del transformador quedando éste en vacío, siguiendo los requisitos del operador o la empresa de servicio eléctrico.

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METODOLOGÍA DE TRABAJO

Se llevó a cabo el estudio experimental utilizando máquinas y equipos de las siguientes características

Un generador síncrono de 2 kVA, 3 x 400 V, 2,9 A, conexión en estrella, FP 80%, 110 V de excitación CC, 50 Hz, y 1.500 rpm.

Un motor con rotor bobinado operando como generador asíncrono, de 4 kW, 220/380 V, triangulo /estrella, 17,1 /9,9 A, FP 80%, 1410 rpm, 50 Hz, con rotor de 130 V, 21 A en estrella.

Un transformador de interconexión de 13,5 kVA de relación 380/220 V.

El sistema de suministro se lo considera como un sistema de potencia infinita, debido a su potencia de cortocircuito de 15 MVA, en comparación con los tamaños de los generadores.

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Los circuitos experimentales adoptados fueron para simular los casos en donde en la alimentación principal aparezca una falta parcial o total de las fases y que exista una carga capacitiva mediana o grande en el tramo del alimentador.

Quedando en isla el banco de capacitores conectado con el generador y baja carga.

Circuito Experimental simplificado

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Sólo dos de los cuatro esquemas de conexión investigados se presentan, correspondiendo a ferroresonancia balanceada y desbalanceada.

Circuito Experimental simplificado

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A. Conexión triangulo en ambos lados (Δ – Δ)

A1. Generador Síncrono. Conexión en estrellaEl máximo valor instantáneo de la sobretensión generada fue de 1,87 pu.

Sobretensión generada en isla, apertura total, transformador Δ – Δ, 16 kVAr.

-2,00

-1,50

-1,00

-0,50

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

Tiempo (ms)

Val

ores

(p

u)

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A. Conexión triangulo en ambos lados (Δ – Δ)

A2. Generador Asíncrono. Conexión en estrellaEl máximo valor instantáneo de la sobretensión generada fue de 1,75 pu.

Sobretensión generada en isla, apertura total, transformador Δ – Δ y 10 kVAr.

-2,00

-1,50

-1,00

-0,50

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

Tiempo (ms)

Val

ores

(p

u)

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A. Conexión triangulo en ambos lados (Δ – Δ)

A2. Generador Asíncrono. Conexión en estrellaEl máximo valor instantáneo de la sobretensión generada fue de 1,59 pu.

Sobretensión generada, apertura de una fase, transformador Δ – Δ y 5 kVAr.

-2,00

-1,50

-1,00

-0,50

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

Tiempo (ms)

Val

ores

(p

u)

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B. Triangulo del lado del GD y estrella aislada del lado del sistema de alimentación (Y – Δ)

B1. Generador Síncrono. Conexión en estrellaEl máximo valor instantáneo de la sobretensión generada fue de 4,2 pu.

Sobretensión generada en isla, apertura total, transformador Y – Δ y 6 kVAr.

-5,00

-4,00

-3,00

-2,00

-1,00

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

600 650 700 750 800 850 900 950 1000

Tiempo (ms)

Val

ores

(p

u)

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B. Triangulo del lado del GD y estrella aislada del lado del sistema de alimentación (Y – Δ)

B1. Generador Síncrono. Conexión en estrellaEl máximo valor instantáneo de la sobretensión generada fue de 2,8 pu.

Sobretensión generada en isla, apertura total, transformador Y – Δ, 2 kVAr .

-4,00

-3,00

-2,00

-1,00

0,00

1,00

2,00

3,00

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

Tiempo (ms)

Val

ores

(p

u)

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B. Triangulo del lado del GD y estrella aislada del lado del sistema de alimentación (Y – Δ)

B2. Generador Asíncrono. Conexión en estrella

Los resultados máximos se dieron para el banco de capacidad de 5 kVAr, para apertura total o parcial de las fases, quedando el generador en isla.

Los valores máximos obtenidos de medición instantánea de sobretensión generada, fueron del orden de los 1,30 pu .

Para cargas de 10 y 16 kVAr los resultados fueron similares entre si, pero de menor magnitud pu.

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CONCLUSIONES

Para los cuatro casos experimentalmente evaluados, sobre dos esquemas de conexión de transformadores, con generadores síncronos y asíncronos, la GD conectada a circuitos que tienen bancos de capacitores, genera sobretensiones debido a ferroresonancia balanceada o desbalanceada.

La potencia reactiva de los capacitores está comprendida entre:

1 a 8 veces la potencia del generador síncrono, y de 0,5 a 4 veces la potencia del generador asíncrono.

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CONCLUSIONES

En general, los valores de sobretensión se incrementan a medida que se aumenta la potencia del banco de capacitores.

El máximo valor absoluto registrado de sobretensión fue de 4,2 pu, para un banco de capacidad de 5 kVAr, con un generador síncrono, con apertura total de las fases.

La aplicación de generación distribuida todavía ofrece ventajas técnicas económicas, siendo necesario realizar los análisis específicos de posibles riesgos de ferroresonancia en cada caso particular.

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CONCLUSIONESEl estudio muestra la producción de ferroresonancia

balanceada y desbalanceada.

Se observaron fenómenos de ferroresonancia de régimen: sub-armónico, cuasi-periódico y caótico.

Estas aparecen cuando hay capacitancia distribuida o bancos de capacitores conectados al sistema para algunos de los esquemas de conexión del transformador.

Se debe analizar el posible riesgo de presencia de estas sobretensiones en cada caso particular.

La conexión más adecuada del transformador de interconexión, depende de las características del sistema de potencia y del tipo del generador.

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fin

gracias por su atención