COMPENSACION REACTIVA

EN SISTEMAS DE TRANSMISION

O t b 2010

Roberto Ramírez A.

Octubre 2010

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Comité de Operación Económica del Sistema

1. SISTEMA ELECTRICO INTERCONECTADO 1. SISTEMA ELECTRICO INTERCONECTADO NACIONALNACIONALNACIONALNACIONAL

La estructura del SEINLa estructura del SEIN

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2. POTENCIA REACTIVA2. POTENCIA REACTIVALa potencia reactiva es producida o absorbida por todos loscomponentes de un SEP: generadores, transformadores, líneasde transmisión, cargas y equipos de compensación reactiva.de transmisión, cargas y equipos de compensación reactiva.

22 11 GENERADORESGENERADORES22..11 GENERADORESGENERADORES

Producen la potencia activa en el SEP. Poseen regulador detensión.

Factor de potencia nominal (sistema aislado, generadoresalejados de los centros de carga).

Proveen (sobreexcitados) o absorben (subexcitados) reactivos,limitados por: corriente de armadura, corriente de campo y elcalentamiento en el núcleo en las cercanías de las cabezas de

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calentamiento en el núcleo en las cercanías de las cabezas debobina del estator.

22..22 TRANSFORMADORESTRANSFORMADORES

Consumo nominal de potencia reactiva: 5 % y 20 % de potenciat i laparente nominal.

22..33 LINEASLINEAS DEDE TRANSMISIONTRANSMISION

Las LT producen potencia reactiva (capacitiva) de 0.06 a 1.3MVAr/km para tensiones de 138 kV a 500 kV.

La potencia reactiva que la LT consumen del SEP depende de laLa potencia reactiva que la LT consumen del SEP depende de lapotencia activa (P) que transmiten :

P < SIL aporta reactivos al SEPP SIL, aporta reactivos al SEP.

P > SIL, consume reactivos del SEP.

P= SIL consume los reactivos que produce No toma ni

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P= SIL, consume los reactivos que produce. No toma niinyecta reactivos del SEP.

TENSION Y CORRIENTE DE LÍNEA DE TRANSMISIÓN ENERGIZADA EN VACÍO CON TENSIÓN NOMINALENERGIZADA EN VACÍO CON TENSIÓN NOMINAL

(220 kV, 325.2 km, xL= 0.50 Ω/Km. y C = 8.718nF/Km)

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22..44 CARGASCARGAS

Además de la potencia activa, las cargas absorben potenciati l l t d d i l t ióreactiva, la cual presenta dependencia con la tensión.

Normalmente las cargas provocan caídas de tensión.

Las únicas cargas industriales que presentan la opción de inyectarpotencia reactiva son los motores síncronos, los cuales al operarsobreexcitados presentan factores de potencia en adelanto.p p

El Compensador Síncrono es un motor síncrono sin carga.

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2.2. EQUIPOS DE COMPENSACION EQUIPOS DE COMPENSACION REACTIVA INSTALADOS EN ELREACTIVA INSTALADOS EN ELREACTIVA INSTALADOS EN EL REACTIVA INSTALADOS EN EL SEINSEIN

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33 EQUIPOS DE COMPENSACIONEQUIPOS DE COMPENSACION3.3. EQUIPOS DE COMPENSACION EQUIPOS DE COMPENSACION REACTIVAREACTIVA

3.1 REACTORES “SHUNT”

Medio económico para absorber potencia reactiva. Maniobradoá i t di t l di d i t t lmecánicamente o mediante el disparo de un interruptor con la

señal de un relé de tensión.

Se utiliza para compensar el efecto capacitivo de líneas deSe utiliza para compensar el efecto capacitivo de líneas detransmisión largas, al ser energizadas o cuando operan con bajacarga. Son requeridos en líneas aéreas de mas de 100 km.

Los reactores de núcleo de hierro utilizados en sistemas detransmisión tienen una construcción similar a los transformadores,pero poseen solo un devanado primario y llevan entrehierros en elpero poseen solo un devanado primario y llevan entrehierros en elnúcleo. También existen reactores con núcleo de aire.

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11REACTOR MARCONA 5 MVAr, 10 kV

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REACTOR CON NUCLEO DE AIRE DE 50 MVAr SVC TRUJILLO

13REACTOR TRIFASICO DE NUCLEO DE HIERRO CEA 3 MVAr, 22.9 kV, 60 HzREACTOR TRIFASICO DE NUCLEO DE HIERRO CEA 3 MVAr, 22.9 kV, 60 Hz

REACTOR DE NUCLEO DE AIRE TRENCH 10 MVAr, 138 kV, 60 HzREACTOR DE NUCLEO DE AIRE TRENCH 10 MVAr, 138 kV, 60 Hz

15REACTOR DE NUCLEO DE AIRE TRENCH 5 MVAr, 138 kV, 60 HzREACTOR DE NUCLEO DE AIRE TRENCH 5 MVAr, 138 kV, 60 Hz

33..22 CAPACITORESCAPACITORES ““SHUNTSHUNT””

Medio más económico para producir potencia reactiva, puedent fij i b d á i testar fijos o maniobrados mecánicamente.

Ventajas: bajo costo y su flexibilidad de instalación y operación.

Desventaja: potencia reactiva depende del cuadrado de sutensión, si esta cayendo, proveen el mínimo soporte de la tensióncuando su aporte es más necesario.p

En Distribución: corrección del factor de potencia y el control de latensión de los alimentadores.

En Transmisión: compensar las perdidas X*I2, condiciones de altacarga. Operados mediante interruptores de manera automáticacon un relé de tensión o manualmentecon un relé de tensión o manualmente.

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19BANCO DE CAPACITOREBANCO DE CAPACITORES DE 9.6 MVAr, 50 kV

TIPO FILTRO DE ARMONICOS

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BANCO DE CAPACITORES (TIPO FILTRO)BANCO DE CAPACITORES (TIPO FILTRO) DE 30 MVAr, 60 KV, 60 Hz

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33..33 COMPENSADORCOMPENSADOR SINCRONOSINCRONO

Reactores y capacitores son equipos pasivos de compensaciónti j t l t it i d l t ióreactiva y no ejercen un control transitorio de la tensión.

Desde los años 30 hasta antes de los tiristores, se lograba lacompensación reactiva “shunt” regulada utilizando loscompensación reactiva shunt regulada utilizando loscompensadores síncronos.

El compensador síncrono es un motor síncrono que opera sinp q pcarga en el eje y que puede inyectar o absorber potencia reactivade la barra en la cual esta conectado.

C i l ió i l i d i iCon su instalación se incrementa la potencia de cortocircuito ensu zona de influencia. Puede mejorar el factor de potencia ycontrolar la tensión.

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44 COMPENSACIONCOMPENSACION REACTIVA ENREACTIVA EN4.4. COMPENSACION COMPENSACION REACTIVA EN REACTIVA EN SISTEMAS DE TRANSMISIONSISTEMAS DE TRANSMISION

44..11 COMPENSADORCOMPENSADOR ESTATICOESTATICO DEDE POTENCIAPOTENCIA REACTIVAREACTIVA(SVC)(SVC)

E t f d t f d t itEsta conformado por un transformador, reactores, capacitores,válvulas de tiristores bidireccionales y un sistema de control. Losprincipios de control más utilizados son:

TSC : Capacitores conmutados por tiristores.

TCR : Reactor controlado por tiristores.p

Desde el punto de vista de la frecuencia en ambos principios decontrol, el SVC puede ser considerado como una reactancia

i bl TSC i i i i d lvariable. TSC es una reactancia capacitiva variada por escalonesy TCR es una reactancia inductiva continuamente variable. Ambasse conectan en Delta, por una más favorable utilización de lostiristores (TSC) y para encerrar los armónicos de secuenciahomopolar (TCR). 26

SVCSVC TipoTipo TCRTCR

Trujillo : 20 MVAr Inductivos / 30 MVAr CapacitivosChiclayo : 30 MVAr Inductivos / 30 MVAr CapacitivosChiclayo : 30 MVAr Inductivos / 30 MVAr CapacitivosVizcarra : 45 MVAr Inductivos / 90 MVAr CapacitivosTintaya : 0 MVAr Inductivos / 15 MVAr Capacitivos

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SVCSVC TipoTipo TCRTCR--TSCTSC

Para protegerlos los tiristores del TSC contra los cortocircuitos, seconectan entre el reactor y el capacitorconectan entre el reactor y el capacitor.

En la rama TSC la potencia reactiva capacitiva varia por saltos yno se genera armónicos La conmutación es rápida y se realizano se genera armónicos. La conmutación es rápida y se realizasolamente en el momento que la tensión en el tiristor es cero.

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30DIAGRAMA BÁSICO DE CONTROL DE UN SVCDIAGRAMA BÁSICO DE CONTROL DE UN SVC

31SVC CONTROL DE TENSION EN UNA CARGA INDUSTRIALSVC CONTROL DE TENSION EN UNA CARGA INDUSTRIAL

32SVC CHAVARRIA 20 MVAr Ind./40 MVAr Cap.

33SVC SOCABAYA 100 MVAr Ind./300 MVAr Cap.SVC SOCABAYA 100 MVAr Ind./300 MVAr Cap.

34SVC EN UNA CARGA INDUSTRIALSVC EN UNA CARGA INDUSTRIAL

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SVC TRUJILLO REACTOR CONTROLADO POR TIRISTORES DE 50 MVAr SVC TRUJILLO REACTOR CONTROLADO POR TIRISTORES DE 50 MVAr

36SVC TRUJILLO FILTROS CAPACITIVOS DE 30 MVAr SVC TRUJILLO FILTROS CAPACITIVOS DE 30 MVAr

CAPACITORESCAPACITORES SERIESERIE

Han tenido mayores aplicaciones en transmisión para compensarl i d i i d ti d lí l j l t bilid dla impedancia inductiva de líneas largas y mejorar la estabilidaddel sistema y para posibilitar el reparto de carga en líneas devarios circuitos.

De esta manera se reduce la reactancia de transferencia entre lassubestaciones de envío y recepción, con lo cual se incrementa lapotencia transmitida.

E i d ió i lEs un equipo de compensación reactiva autoregulante, queincrementa su potencia reactiva incrementando la capacidad detransmisión.

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La selección de la configuración del esquema de compensaciónserie para una aplicación en particular, requiere de un estudiodetallado con la finalidad de encontrar la solución de mínimo costoque ofrezca la mayor confiabilidad. Para ello las restricciones sonel perfil de tensiones, la efectividad de la compensación, pérdidasde transmisión sobretensiones y la proximidad a una subestaciónde transmisión, sobretensiones y la proximidad a una subestaciónexistente.

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OBSERVACION:

Al agregar un capacitor en serie con la inductancia de la línea deAl agregar un capacitor en serie con la inductancia de la línea detransmisión se forma un circuito resonante serie.

Para un rango de compensación de 20 a 70 % de la reactancia de lalínea, la frecuencia natural de este circuito resonante esta por debajode la frecuencia industrial, que puede ser activado durante algunaperturbación produciendo oscilaciones de frecuencia subsíncronaspe u bac ó p oduc e do osc ac o es de ecue c a subs c o asque se superpone a la corriente de frecuencia fundamental.

Estas oscilaciones subsíncronas son normalmente amortiguadasrápidamente en algunos ciclos debido a las resistencias de las líneasy cargas. Existe una posibilidad de interacción de estossubarmónicos con la frecuencia natural del sistema mecánico deturbogeneradores ubicados cerca, que puede desencadenaroscilaciones torsionales espontáneas o luego de una falla(Resonancia Subsíncrona).(Resonancia Subsíncrona).

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55 CONCLUSIONESCONCLUSIONES5.5. CONCLUSIONESCONCLUSIONES

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FINFIN

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TENSION Y CORRIENTE DE LÍNEA DE TRANSMISIÓN ENERGIZADA EN VACÍO CON TENSIÓN NOMINAL

(220 kV, 325.2 km, xL= 0.50 Ω/Km. y C = 8.718nF/Km)

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Disposición de diseñoDisposición de diseño Disposición de diseño de cada Disposición de diseño de cada unidad de condensadorunidad de condensadorunidad de condensadorunidad de condensador

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Al iniciarse una falla en la red circundante, el aumento de la corrientepor el capacitor genera un alto voltaje a través del varistor de óxidometálico MOV (Z). Con el aumento de la tensión el MOV lleva el( )exceso de corriente del capacitor, limitando la tensión a través delcapacitor. Durante los períodos de conducción el MOV absorbeenergía. El criterio de diseño del MOV es soportar la máxima energíaenergía. El criterio de diseño del MOV es soportar la máxima energíaacumulada durante condiciones de falla definidas.D: elemento de limitación y amortiguación de la corriente de descarga.

53Esquema típico de protección