Resumen Proyecto Suministro Eléctrico Enap Refinerías Aconcagua Noviembre 2005Marzo 2010
CURSO EIE 467-01FENÓMENOS TRANSITORIOS EN SISTEMAS ELÉCTRICOS DE POTENCIA
Profesor : Carlos Rojas Agüero
CAPÍTULO 3.4CONEXIÓN Y DESCONEXIÓN DE BANCOS DE CONDENSADORES
PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DE VALPARAÍSOFACULTAD DE INGENIERÍAESCUELA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA
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Conexión de Bancos de Condensadores
Fenómenos en las Maniobras
• Sobretensiones por energización de bancos de condensadoresaislados.
• Sobretensiones por energización de bancos de condensadores, estando otros bancos conectados, maniobra conocida como
“back-to-back”.
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Conexión de Bancos de Condensadores
• Sobretensiones en equipos de Baja Tensión, debido a la energización de bancos de condensadores, maniobra conocidacomo “magnificación de tensión” o “amplificación de tensión”.
• Fallas a tierra en la proximidad de bancos de condensadores.
• Sobretensiones por energización de bancos de condensadorescargados.
Fenómenos en las Maniobras (cont.)
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Sobretensiones por Energización de Bancos de Condensadores Aislados
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Conexión de Bancos de Condensadores
)()(
)cos()(
tnsenSZ
Vti
tVtv
ω
ω
=
=
CLnf
CLn
CL
sZ
⋅⋅⋅=
⋅=
=
π
ω
2
1
1
Impedancia característicadel sistema
Frecuencia angular característicade energización transitoria
Frecuencia natural de oscilación
SZmáx
V
máxI =
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Conexión de Bancos de Condensadores
Consideraciones :
• Condiciones iniciales nulas
• Interruptor cierra cuando latensión pasa por un máximo
Datos :
• Equivalente de Cortocircuito Z0 = 1,1025 + j 55,125 OhmsZ1 = 1,3965 + j 69,825 Ohms
• Tensión = 1050 kV
• Banco de condensadores Trifásico 200 MVAr, estrella aterrizado
• Resistencia de la línea igual a 40 Ohms
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Conexión de Bancos de Condensadores
(f ile C ap1.pl4; x -v ar t) v :RESA
0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10[s ]
-1.5
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
[MV]
Energizacion de CondensadoresTens ion Fase A - Barra Banco de Condensadores
(f ile C ap1.pl4; x -v ar t) v :R ESA
10 15 20 25 30 35[m s]
-2.0
-1.5
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
[MV]
Energizacion de CondensadoresTension Fase A - Barra Banco de Condensadores
(f ile C ap1.pl4; x -v ar t) c :R ESA -C APAA
0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10[s ]
-1500
-1000
-500
0
500
1000
1500
[A]
Energizac ion de CondensadoresCorriente Fase A - Barra Banco de Condensadores
(f ile C ap1.pl4; x -v ar t) c :R ESA -CAPAA
10 15 20 25 30 35[m s]
-1500
-1000
-500
0
500
1000
1500
[A]
Energizacion de CondensadoresCorriente Fase A - Barra Banco de Condensadores
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Conexión de Bancos de Condensadores
(f ile C ap1.pl4; x -v ar t) v :R ESA
10 15 20 25 30 35[m s]
-2.0
-1.5
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
[MV]
Energizac ion de CondensadoresTension Fase A - Barra Banco de Condensadores
)(5,2 msT ≈
HzT
f 4003105,2
11=
−⋅≈=
HzCL
f
FC
mHL
5,4442
1
)(577,0
)(26,222
=⋅⋅⋅
=
=
=
π
µ
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Sobretensiones de Maniobra
Sobretensiones por Energización de Bancos de Condensadores Estandootros Bancos Conectados (Maniobra
Conocida como “Back-to-Back”)
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Sobretensiones de Maniobra
)2(2
)0(21)(
2tsen
SZc
vVti ω
−=
eqC
L
sZ 2
2=
22
SZmáx
V
máxI =
eqCL ⋅
=
2
12
ω
eqCL
f⋅⋅⋅
=
22
12 π
21
21CC
CC
eqC
+
⋅=
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Sobretensiones de Maniobra
Fenómenos en las Maniobras
Problemas producidos al efectuar una energización de condensadores “Back to Back”:
• Se producen altas corrientes que poseen una frecuencia elevada, mayores a las producidas en la energización de un condensadoraislado.
• Esta corriente de alta frecuencia, podría provocar problemasen la operación del interruptor y en el caso de fusibles se puede superar su capacidad energética.
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Sobretensiones de Maniobra
Fenómenos en las Maniobras
Problemas producidos al efectuar una energización de condensadores “Back to Back”:
• Falsas operaciones en los relés de protección.
• Excesivo voltaje para los transformadores de corriente en los neutros o en las fases de los bancos de condensadores con conexión en estrella sólidamente aterrizada.
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Sobretensiones de Maniobra
El problema de energización “Back to Back”, puede ser evitadomediante la aplicación de alguno de los siguientes métodos:
• Incorporar reactores limitadores de corriente, de tal manera de disminuir las corrientes máximas y la frecuencia de oscilación.
• Usar resistencias de pre-inserción en los interruptores. Estasresistencias se diseñan para permitir un amortiguamiento del circuito, impidiendo oscilaciones y permitiendo que el condensador se cargue a la tensión de la línea, antes que los contactos del interruptor cierren.
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Sobretensiones de Maniobra
El problema de energización “Back to Back”, puede ser evitadomediante la aplicación de alguno de los siguientes métodos:
• Energizar los bancos de media tensión en bloques máspequeños.
• Controlar el interruptor, de tal manera que la maniobra de cierre se efectúe cuando la tensión pasa por cero.
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Sobretensiones de Maniobra
Sobretensiones en EquiposInstalados en Baja Tensión Debido a
la Energización de Bancos de Condensadores
(Magnificación de Tensión).
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Sobretensiones de Maniobra
Al energizar el banco de condensadores C1, se producensobretensiones transitorias elevadas en el banco de condensadoresC2 instalado en baja tensión.
Este fenómeno se denomina Magnificación de Tensión.
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Sobretensiones de Maniobra
112
11 CLf
⋅⋅⋅=
π
Se producirá un fenómeno de Magnificación de Tensión, cuandoocurra lo siguiente:
• Las frecuencias naturales sean aproximadamente iguales.
222
12 CL
f⋅⋅⋅
=π
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Sobretensiones de Maniobra
2121LLyCC
• El condensador a conectar en Media Tensión (C1) es mucho mayor que el condensador fijo instalado en Baja Tensión (C2) y además que L1 sea mucho menor que L2.
<<>>
• Equivalente a decir que la impedancia característica del circuitoen Baja Tensión es mucho mayor que la impedanciacaracterística del circuito en Media Tensión.
12ZZ >>
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Sobretensiones de Maniobra
El fenómeno de Magnificación de Tensión, puede ser evitadomediante la aplicación de alguno de los siguientes métodos:
• Modificar el valor de las frecuencias naturales involucradas en el fenómeno, ya sea cambiando el valor del banco de condensadores o bien trasladando los bancos a otro lugar.
• Usar resistencias de pre-inserción en los interruptores.
• Usando bancos levantados de tierra en los sectores alejados.
• Energizar los bancos de media tensión en bloques máspequeños.
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Sobretensiones de Maniobra
Fallas a Tierra en la Proximidad de Bancos de Condensadores
(Outrush Current)
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Sobretensiones de Maniobra
• Al ocurrir fallas en las proximidades de Bancos de Condensadores, se origina la descarga de éstos, provocando corrientes de granmagnitud y de alta frecuencia.
• Los interruptores encargados de despejar la falla, deben estardiseñados para permitir la circulación de este tipo de corrientes.
• La norma ANSI C37.06 establece los criterios mínimos que debencumplir los interruptores para este tipo de aplicación, siendo el valorde I*f uno de los parámetros que determina la limitación de corrientetanto en el cierre como en la apertura de los interruptores.
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Sobretensiones de Maniobra
Sistema Eléctrico Modelo
12
1
Ceq
Lf
⋅⋅⋅=
π
eqL
CV
pkI 1
0⋅=
eqL
Vf
pkI
⋅⋅=⋅
π20
21
2
1
0
LLeq
L
L
L
V
+=
=
=
= Voltaje inicial en C1
Inductancia propia de C1Inductancia entre C1 y punto de falla
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Sobretensiones de Maniobra
En la Tabla 3A de la norma ANSI/IEEE C37.06 se dice que los interruptores deberán cumplir como mínimo con los siguientesvalores del producto I*f :
• En interruptores para propósitos generales7102 ⋅<⋅ f
pkI
• En interruptores para propósitos definidos 7108,6 ⋅<⋅ fpk
I
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Sobretensiones de Maniobra
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Sobretensiones de Maniobra
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Sobretensiones de Maniobra
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Sobretensiones de Maniobra
Uso de Reactores Separados para Limitación de Corrientes “Inrush” y “Outrush”
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Sobretensiones de Maniobra
Uso de Reactores solo para Limitar la Corriente “Outrush”el Interruptor limita la Corriente “Inrush”
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Sobretensiones de Maniobra
Uso de un solo Reactor Especificado para Limitarla Corriente “Inrush” y “Outrush”
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Sobretensiones de Maniobra
Estimación de la Corriente de Inrushy Frecuencia en la Energización de
Condensadores(Según ANSI/IEEE C37.012-1979)
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Sobretensiones de Maniobra
Energización de un Banco Aislado
141,1
maxI
scI
pki ⋅⋅=
1Isc
I
sff ⋅=
scI
1I
:sc
I Corriente de Cortocircuito rms (A)
:1
I 1,15 Inom del Condensador C1 rms (A)
Corriente Máxima (A)
Frecuencia (Hz)
:s
f Frecuencia del sistema (Hz)
1C
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Sobretensiones de Maniobra
Energización de un Banco Estando Otro Conectado en la Barra
)21
(
)21
(1747
max IIeq
L
IILL
V
pki
+⋅
⋅⋅⋅=
)21
(
)21
(5,9
IIeq
L
IILL
Vs
ff
⋅⋅
+⋅⋅⋅=
LLV
1I
:LL
V Tensión máxima del Sistema en (kV)
:2
,1
II 1,15 Inom del Condensador C1, C2 rms (A)
Corriente Máxima (A)
Frecuencia (kHz):
sf Frecuencia del sistema (Hz)
2I
:s
f Inductancia entre condensadores en )( Hµ
1C
2C
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Sobretensiones de Maniobra
Valores Típicos de Inductancias entre Banco de CondensadoresSegún ANSI/IEEE C37.012-1979
85 - 1700,935242
60 - 1200,879169
40 - 800,856145
35 - 700,856121
25 - 500,83972,5
20 - 400,83948,3
15 - 300,78038
10 - 200,70215,5
Inductancia Total entre Bancos en
Inductancia por Fase de Barra enTensión Máxima (kV)
)/( mHµ *)( Hµ
(*) - Este valor no incluye la inductancia propia del condensador.- Valores típicos de inductancias propias de banco de condensadores son:
a) para bancos bajo 46 kVb) para bancos sobre 46 kV
)(5 Hµ)(10 Hµ
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