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19 3.- SOBRETENSIONES TRANSITORIAS POR MANIOBRAS El deterioro del cos Φ debido a las cargas auto-inducidas, provoca un aumento significativo de intensidad en las instalaciones eléctricas y produce pérdidas en las líneas y transformadores. Las Compañías distribuidoras y las industriasestán obligadas a poner en servicio las baterías de condensadores. Al conectar y desconectar los condensadores produce fenómenos muy particulares que influyen directamente en las características de la aparatos de maniobra y de protección. 3.1.- Compensación de la energía reactiva La implantación de condensadores sobre unared eléctrica constituye lo que llamamos el«modo de compensación».Su implantaciónviene dada por: El objetivo propuesto (descarga decables y transformadores). La estabilizacióndelos niveles de tensión. El modo de distribución de la energía eléctrica. El régimen de carga. La influencia de los condensadores sobre las características de la red. El costo de la instalación. La compensación de la energía reactiva puede verse en la figura 3.1. En la compensación global: En la red de AT para Cía. de distribución (1) En la red de MT para un abonado en MT (2). En red de BT (3) para un abonado en BT sobre batería de tipo fijo. Compensación por sectores: Centro de distribución de Cía. Eléctrica (4), (central generadora). Fábrica, taller o edificio, para un abonado en BT (5). Compensación individual:

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    3.- SOBRETENSIONES TRANSITORIAS POR MANIOBRAS

    El deterioro del cos debido a las cargas auto-inducidas, provoca un aumento

    significativo de intensidad en las instalaciones elctricas y produce prdidas en

    las lneas y transformadores. Las Compaas distribuidoras y las industriasestn

    obligadas a poner en servicio las bateras de condensadores.

    Al conectar y desconectar los condensadores produce fenmenos muy particulares

    que influyen directamente en las caractersticas de la aparatos de maniobra y

    de proteccin.

    3.1.- Compensacin de la energa reactiva

    La implantacin de condensadores sobre unared elctrica constituye lo que

    llamamos elmodo de compensacin.Su implantacinviene dada por:

    El objetivo propuesto (descarga decables y transformadores).

    La estabilizacindelos niveles de tensin.

    El modo de distribucin de la energa elctrica.

    El rgimen de carga.

    La influencia de los condensadores sobre las caractersticas de la red.

    El costo de la instalacin.

    La compensacin de la energa reactiva puede verse en la figura 3.1.

    En la compensacin global:

    En la red de AT para Ca. de distribucin (1)

    En la red de MT para un abonado en MT (2).

    En red de BT (3) para un abonado en BT sobre batera de tipo fijo.

    Compensacin por sectores:

    Centro de distribucin de Ca. Elctrica (4), (central generadora).

    Fbrica, taller o edificio, para un abonado en BT (5).

    Compensacin individual:

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    Esta compensacin es tcnicamente ideal yaque produce la energa reactiva

    en el puntomismo de consumo y en cantidadrigurosamente ajustada a la

    demanda.

    A pesarde ello, esta solucin es econmicamentedesfavorable, y conduce

    generalmente a unasobrecompensacin ya que no contempla laposibilidad

    de aplicacin de los coeficientesde utilizacin y simultaneidad de las cargas.

    En la prctica esto se da en grandes motores de MT o BT.Las bateras

    decondensadores en media y alta tensin,resulta econmicamente

    ventajoso parapotencias de unos 1000 kVAr o superiores.

    Analizando las redes diversas sellega a la conclusin que no es

    posibleestablecer una regla universal. El modo decompensacin depende de

    la poltica energtica de los pases y distribuidores. En los EstadosUnidos la

    compensacin se realizaesencialmente en MT por razones de tipotarifario.

    Por lo contrario, en Alemania, lacompensacin se realiza preferentemente

    enBT, ya que parece lgico compensarexactamente en el punto de

    consumo de laenerga reactiva.Los abonados en MT o BT deben

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    compensarsus instalaciones para poder obtener el cos en elpunto de

    suministro a la red, igual o superior a0.928. Este documento slo trata de

    lacompensacin de la energa reactiva en MT.

    Compensacin en media tensin tradicional

    Las bateras de condensadores se conectan en derivacin sobre la red.

    Estas pueden ser:

    nicas o fijas (figura 3.2), cuando la potencia reactiva es pequea y la

    carga a compensar relativamente estable.

    Fraccionadas (figura 3.3), este tipo de compensacin comnmente

    sedenomina en escalones (back to back).Este tipo debatera es muy

    utilizada en grandes industrias(potencia instalada importante), y

    losdistribuidores de energa (centralesgeneradoras). Permite una regulacin

    paso apaso de la energa reactiva. La conexin odesconexin de los

    escalones decondensadores puede pilotearse con rels detipo varmtrico

    (reguladores del factor depotencia).

    Compensaciones particulares

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    Los compensadores estticos instantneos.En el caso que sea necesaria

    unacompensacin variable y continua (industriasde grandes cargas muy

    variables y regulacinde tensin en algunas redes de MAT) serealizan

    instalaciones aplicando simultneamentecondensadores, inductancias

    variables yelectrnica de potencia (figura3.4).El conjunto se compone

    generalmente de:

    Una batera de condensadores fija.

    Un conjunto de filtros de armnicos paraabsorber los armnicos de la red y

    los propiosde la instalacin (electrnica de potencia).

    Una inductancia variable conectada portiristores; esta inductancia absorbe

    la energareactiva excedente, generada por loscondensadores.

    Por su parte, los condensadores pueden estarconmutados por tiristores.

    Bateras en serie.En el caso de grandes redes con lneas muy largas, las

    bateras de condensadores pueden estar montadas en serie sobre la lnea

    (figura 3.5). Este tipo de montaje permite una compensacin adaptada

    permanentemente alas necesidades ya que la energa reactiva suministra-

    da depende de la corriente quecircula por la lnea.Es necesario un

    sofisticado sistema de puesta en cortocircuito para evitar la descarga de los

    condensadores cuando por lalnea circula una corriente de cortocircuito.

    En este estudio se trata nicamentecircuitos trifsicos.

    Las notaciones son las siguientes:

    La fuente.

    U: tensin entre fases de la red.

    Icc: corriente de cortocircuito de la red.

    Scc: potencia de cortocircuito de la red.= 3 =L0: inductancia de cortocircuito de la red.

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    f: frecuencia industrial.

    w: pulsacin a frecuencia industrial.

    Las conexiones.

    L: inductancia de conexin (serie) con la batera (caso de batera nica).

    l: inductancia de conexin (serie) con cadaescaln de la batera.

    L: inductancia de choque.

    La carga.

    C: capacidad de la batera.

    Q: potencia de la batera. = = 3Icapa: corriente capacitiva que circula por labatera.

    Los fenmenos transitorios.

    Ie: intensidad pico de cierre.

    fe: frecuencia propia de oscilacin de Ie.

    Sa: coeficiente de sobretensin aguas arriba(lado red).

    Sa en p.u. = tensin de pico mximaaguas arriba, al cierre, dividida por:Sb: coeficiente de sobretensin aguas abajo(lado condensador).

    Equipamiento

    In: intensidad en servicio continuo.

    Iciemx: intensidad de pico mxima de cierre.

    3.2.- Maniobra de las bateras de condensadores

    El condensador a conectar a la red se supone totalmente descargado. El

    condensador C est provisto de una resistencia de descarga R, esta

    hiptesis se verifica cuando el condensador es desconectado despus de, al

    menos, 2 3 veces la constante RC. Toda conexin intempestiva antes de

    este intervalo ser peligrosa.La norma CEI 871 estipula que en un intervalo

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    de 10 minutos, la carga residual de una batera de condensadores no debe

    exceder de 75 V. Si la aplicacin necesita una respuesta ms rpida de la

    regulacin, la instalacin debe preverse de dispositivos adecuados. La

    conexin de una batera de condensadores destinada a funcionar en

    derivacin sobre una red, va acompaada de un rgimen

    transitorioresultante de la carga de la batera.

    3.3.- Fenmenos elctricos en la conexin

    Desde el punto de vista de la intensidad de lacorriente, la carga oscilante

    provoca unasobreintensidad de amplitud que est en funcin de las

    caractersticas de la red y la batera.Laconexin equivale prcticamente

    establece,en el punto considerado, un cortocircuito decorta duracin

    (frecuencia elevada con relacina la frecuencia de la red).Desde el punto de

    vista de tensin, la cargava acompaada de la propagacin, sobre lared, de

    una onda de choque. Estos fenmenostransitorios dependen de las

    caractersticas dela red, del instante de cierre de los contactos

    osuprecebado.Hay que considerar dos casos: batera nica ybatera

    fraccionada con varios escalones.

    Batera o condensador nico(figura 3.6)L Lo.

    Despreciamos L con relacin a Lo para losclculos que siguen. La conexin

    sobre la red, de una batera enestrella aislada, el esquema de principio y

    curvas de corriente y de tensin, mostrando lasobreintensidad de corriente

    y lassobretensiones aguas arriba y abajo que acompaan a la conexin,

    est representadaen la figura 3.7.

    La frecuencia propia de las oscilaciones esigual a: =Las sobretensiones aguas arriba y abajo son iguales:SA = SB = 2 p.u.

    La intensidad de pico al cierre viene dada por:

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    = 23 = I 2 SQSiendo:

    Scc = potencia de cortocircuito de la fuente, enMVA en el punto de

    conexin.

    Q = potencia del condensador en Mvar.

    Batera fraccionada (figura 3.8) para simplificar las ecuaciones,

    sloconsideramos el caso de escalones concondensadores idnticos. Los

    clculos sonms complicados en el caso general (vernorma CEI 56. 1987

    anexo BB).

    L0 = inductancia del generador (conexin aljuego de barras).

    l = inductancia de la conexin serie.

    n = nmero de escalones en servicio cuandose conecta el n+1.

    La conexin de un escaln se realiza enpresencia de condensadores ya en

    tensin y va acompaada de dos fenmenos transitoriossuperpuestos, y

    son:

    El primero, muy rpido, de frecuencia: que corresponde a la des-carga de los condensadores sobre el escaln conectado.

    El segundo, ms lento de frecuencia y a menudo despreciable, en

    comparacin alanterior (Lo es muy superior a l), corresponde ala descarga

    sobre la red del conjunto debateras, cuyos potenciales se igualan.La

    conexin del n+1 escaln de una baterafraccionada a la red (esquema de

    principio ycurvas de intensidad y tensin mostrando la sobreintensidad y las

    sobretensiones porefecto de la conexin, con distincin de los

    dosfenmenos; estn representados en la figura 3.9.

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    Obsrvese que la sobretensin propagada,SA es tanto ms dbil cuanto

    mayor es elnmero de escalones en servicio.Entonces, cuantos ms

    escalones estn enservicio, tanto mayor es la sobreintensidad.