3.4 Energización_ de_Condensadores

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

Noviembre 2005Marzo 2006Resumen Proyecto Suministro Eléctrico Enap Refinerías Aconcagua Noviembre 2005EIE 467-01 Fenómenos Transitorios en Sistemas Eléctricos de Potencia Carlos Rojas Agüero Marzo 2010

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”.



• 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.)


Sobretensiones por Energización de Bancos de Condensadores Aislados



)()(

)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 =



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



(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



(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


Sobretensiones de Maniobra

Sobretensiones por Energización de Bancos de Condensadores Estandootros Bancos Conectados (Maniobra

Conocida como “Back-to-Back”)



)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

+

⋅=




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.




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.



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.



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.



Sobretensiones en EquiposInstalados en Baja Tensión Debido a

la Energización de Bancos de Condensadores

(Magnificación de Tensión).



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.



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



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 >>



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.



Fallas a Tierra en la Proximidad de Bancos de Condensadores

(Outrush Current)



• 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.



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



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



Uso de Reactores Separados para Limitación de Corrientes “Inrush” y “Outrush”



Uso de Reactores solo para Limitar la Corriente “Outrush”el Interruptor limita la Corriente “Inrush”



Uso de un solo Reactor Especificado para Limitarla Corriente “Inrush” y “Outrush”



Estimación de la Corriente de Inrushy Frecuencia en la Energización de

Condensadores(Según ANSI/IEEE C37.012-1979)



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



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



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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