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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.
