CAUE-2005capacitores*BANCO DE CAPACITORES Problemas que se presentanPosibles planteosPosibles soluciones

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CAUE-2005capacitores*CargasLas cargas alimentadas por la red se representan como P + j QAl observar una carga cualquiera se destaca la dependencia del tiempo P(t) + j Q(t)La carga se alimenta desde la red, con cierta corriente La corriente causa perdidas activas R * I^2 y reactivas X * I^2 Cadas de tensin que dependen de R*P + X*Q

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capacitores*Diagrama de carga de varela?

CAUE-2005capacitores*EfectosLa corriente depende de P + j Q, si se reduce Q se reduce la corrienteLa corriente mnima se presenta con Q = 0Corriente menor, menores prdidas.Menor Q menores cadas de tensin.La inversin (dinero) en la red depende de las corrientes que se deben transportar.El costo de la energa al usuario, depende del costo de generacin, de las perdidas, de la inversin.

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CAUE-2005capacitores*La facturacinLa facturacin de energa se basa en distintos factores:Potencia mxima utilizada por el usuarioEnerga activa (en distintas fajas horarias)Energa reactivaCoseno fi determinado a partir de las energasEn horas de mxima se pretende que los usuarios tengan un cos fi prximo a 1 pudiendo ser capacitivoEn horas de mnima carga no debe ser capacitiva

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CAUE-2005capacitores*Registro de cargaEl registro muestra P(t) + j Q(t)Agregamos j Qc constante, que representa un banco de capacitoresQueda P(t) + j (Q(t) Qc) que es integrado por los contadores de energaSe puede probar distintos valores de Qc, y cada simulacin permite determinar el valor de la factura.La batera Qc puede dividirse en mdulos, y estos se maniobran con cierta estrategia.

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CAUE-2005capacitores*El banco de capacitoresDefinida la potencia del banco se trata de construirlo con capacitores elementales (suponemos un banco de MT de algunos MVA)Los capacitores estn contenidos en cajas metlicas de cierta tensin nominal y presentan cierta potenciaPara construir el banco trifsico son necesarios cierta cantidad, mltiplo de 3.Los capacitores elementales pueden llegar a una potencia de la caja de 200 900 kVArLa mxima economa se consigue con las cajas mayores (mayor potencia menor peso especifico)

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CAUE-2005capacitores*Eleccin de la tensinEn media tensin el banco trifsico se conecta en estrella YAl hacer esto la tensin nominal de las cajas es menor.Se debe considerar la tensin (mxima) en barras de alimentacin del banco, incluyendo la sobreelevacin de tensin que se produce por el banco, particularmente cuando la red queda en vaco.

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CAUE-2005capacitores*ProteccinLos capacitores pueden ser con fusibles internos: las fallas de sus capacitores componentes son protegidas, pero la caja varia su capacidad, y debe ser peridicamente controladaSin fusibles internos: la proteccin se hace con un fusible externo, la falla interna produce su actuacin y se pierde la caja.La calidad de capacitores que se puede conseguir hoy, hace que las fallas de los componentes sean muy reducidas, las razones que inclinan hacia una u otra solucin deben analizarse en cada caso.

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CAUE-2005capacitores*Proteccin del bancoLos capacitores son sensibles a las sobretensiones, pero estas se manifiestan tambin como sobrecorrientes (rels de tensin / rels de corriente)Si el neutro del banco no esta a tierra se puede dividir el banco en mitades, doble estrella, y comparar el desequilibrio entre ambas (rel de corriente de desequilibrio).Tambin si el neutro est a tierra es posible el rele de desequilibrio.Bibliografia: 2003 Conference for Protective Relay Engineers - Texas A&M University - Gustavo Brunello, Bogdan Kasztenny, Craig Wester

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CAUE-2005capacitores*Temas de estudioCorrientes de insercin, de banco nico, de bancos en paraleloPara limitar las corrientes de insercin se agregan reactores serie, funcin limitadorCorrientes de desequilibrio, primero causados por la dispersin de los valores de las cajas, luego por los fusibles internos o externos.Transitorios de actuacin de los fusiblesApertura, tensin entre bornes del interruptor durante la interrupcin.Descarga de los capacitores, cuchillas de tierra.

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CAUE-2005capacitores*Otros efectosLa red queda constituida por capacitores en paralelo con la carga, la alimentacin de la carga se hace desde la red.La red y la carga son esencialmente impedancias inductivas, los capacitores noLa impedancia de la red vista desde un punto muestra valores variables con la frecuencia.Este grafico es llamado frecuency scan

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CAUE-2005capacitores*Diagrama de impedanciasSe alimenta el circuito equivalente que corresponde a la red y a la carga con corriente (de valor constante) de frecuencia variable.I * Z = U Se representa el valor de la impedancia o de la tensin en funcin del nmero de armnica (frecuencia)La lectura de este diagrama permite adquirir sensibilidad a las tensiones armnicas presentes, que deforman la onda fundamental

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CAUE-2005capacitores*Armnicas presentesSi los equipos generadores de armnicas son existentes, se pueden medir en la red las armnicas presentes.En muchas redes se encuentran instalados aparatos de medicin de calidad de servicio que entregan valores de armnicasLa dificultad est en que no siempre la interpretacin de esta informacin es intuitiva o fcilEn redes nuevas se debe hacer una buena estimacin, generalmente la dificultad es obtener informacin de las futuras cargas

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CAUE-2005capacitores*Distribucin de armnicasCon los valores de amplitud de las corrientes inyectadas que corresponden a cada armnica se puede determinar el flujo de cada armnica en la red.Se puede hacer un diagrama que muestra la amplitud de las distintas armnicas en una rama, o la distorsin de tensin en los distintos nodos.Estos clculos se hacen con determinada inyeccin de armnicas hamonic frequency scan

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CAUE-2005capacitores*Dependencia de la cargaLas armnicas varan con la carga, para observar relaciones se hacen grficos de correlacin.Se puede encontrar que hay casos con correlacin entre carga y amplitud de las armnicas presentesA veces no hay correlacin.

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CAUE-2005capacitores*Efectos de las armnicasLa consecuencia de cada corriente armnica es una deformacin de la tensin que se presenta en cada nodo.Frecuentemente se aplica el mtodo de superposicin, los resultados son discutibles, pero se consideran validos al menos en primera aproximacin.

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CAUE-2005capacitores*Los filtrosSe trata de generar un camino que cortocircuite las corrientes armnicas cerca de donde se generan.Zn = j N w L - j 1 / (N w C)Para una dada armnica N se tiene Zn = 0Se produce resonancia, impedancia nulaSe pueden poner filtros de este tipo en paralelo para amortiguar distintas armnicasEs interesante observar el diagrama de impedancia armnica del conjunto red y filtros

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CAUE-2005capacitores*Filtro de primer orden R C Filtro de segundo orden pasa bandaFiltro de segundo orden amortiguado resistivoFiltro de tercer orden amortiguadoFiltro de tercer orden tipo C

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CAUE-2005capacitores*Dimensionamiento del filtro0 = N w L - 1 / (N w C) de aqu N^2 = 1 / (w^2 L C)Q = U^2 / (w L - 1 / (w C)) para la fundamentalL = 1 / (N^2 w^2 C)Q = U^2 w C / (1 1 / N^2) potencia del filtroAceptemos que los datos son: U tensin en barras, Q potencia, N armnica de resonancia,Quedan determinados C y LObservemos que la tensin aplicada a los capacitores es mayor que la que se tiene en barras.

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CAUE-2005capacitores*continuaUc = Ubarras / (1 1 / N^2)La tensin en barras debe cubrir los valores mximos que normalmente se presentanLos incrementos mayores para la tensin de los capacitores se dan con las sintonas en menores armnicasEs necesario evaluar las tensiones y corrientes presentes en los componentes del filtro cuando este esta sometido a las condiciones de armnicas presentes en la red, resultados que se obtienen del harmonic frequency scan

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CAUE-2005capacitores*Especificacin de los componentesPara el capacitor es importante encontrar las tensiones armnicas presentes que se deben componer con la fundamental, la solucin mas segura es sumar amplitudes sin tener en cuenta que son de distintas frecuencias, mas racional parece que es componer los valores eficaces ...Tambin es importante evaluar la corriente en los capacitores, considerando tambin las armnicas.Para los reactores tambin se requiere encontrar tensiones y corrientes

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CAUE-2005capacitores*continuaTambin es necesario especificar el eventual resistor, tensin, corriente, potencia.Estas especificaciones deben cubrir situaciones de funcionamiento normal, considerar las tolerancias de los componentes que varan el ajuste de sintona, y condiciones de falla de algn componenteObsrvese que a medida que los filtros aumentan de orden, la proyeccin de los componentes es muy dificultosa.

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CAUE-2005capacitores*VerificacinDimensionados los filtros es necesario verificar sus prestaciones en al red.Interesa determinar la distorsin de la tensin en barras, las corrientes que fluyen hacia las distintas zonas de la red.Los reglamentos de calidad de servicio fijan limites de compatibilidad.Los filtros en la red estn sometidos a las armnicas que inyectan todos los usuarios, no solo el que tiene inters en filtrar su produccin de armnicas

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CAUE-2005capacitores*ConclusionesEl filtro es un problema de mltiples facetas.Frecuentemente el proyectista del filtro es el fabricante de los capacitores, componente de mayor pesoQuien conoce las armnicas que se presentaran es quien conoce la redQuien proyecta el filtro debe especificar componentes de subproveedores, capacitores, inductores, resistores, cables de conexin, interruptores...Cada componente implica una especificacion que debe corresponder a solicitaciones para nada normales.

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CAUE-2005capacitores*ConclusionesGeneralmente es difcil transmitir al proyectista todas las exigencias, y asegurarse de que son correctamente tenidas en cuenta.Muchas situaciones tienen una gran relacin con la carga y la operacin de la red...Las situaciones de funcionamiento son muchas... hay que estudiar mucho... Lo que no se estudia antes... Se debe estudiar despus (y sale mas caro !)

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CAUE-2005capacitores*FINPor su atencin gracias

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*Diagrama de carga de varela?