““COMPENSACIÓN SHUNT Y COMPENSACIÓN SHUNT Y SERIE EN SISTEMAS DE SERIE EN SISTEMAS DE

POTENCIA”POTENCIA”

LINEAS DE CALINEAS DE CA

Características generalesCaracterísticas generalesLa potencia transferible en un sistema La potencia transferible en un sistema de corriente alternade corriente alternapuede ser presentada como:puede ser presentada como:

long

UfP

2

Aumentar la P implicaría aumentar el Aumentar la P implicaría aumentar el nivel de tensión o reducir la nivel de tensión o reducir la

longitud de la línealongitud de la línea

proporcional al cuadrado de la proporcional al cuadrado de la tensióntensióne inversamente proporcional a su e inversamente proporcional a su longitudlongitud

.Las líneas de alta tensión generan y consumen Las líneas de alta tensión generan y consumen potencia reactiva. potencia reactiva.

Modelado de una línea de alta tensiónModelado de una línea de alta tensión

Un parámetro de referencia es la potencia natural: Un parámetro de referencia es la potencia natural:

kV MW

2

Zc

UnPn

Un Un es la tensión nominales la tensión nominal

ZcZc es la impedancia natural: depende de la es la impedancia natural: depende de la configuración geométrica y es independiente de configuración geométrica y es independiente de la longitud (la longitud (√Z/Y)√Z/Y)

Asumiendo una Zc = 300 ohms se Asumiendo una Zc = 300 ohms se obtiene el siguiente cuadroobtiene el siguiente cuadro

Este cuadro nos da una idea de la potencia que Este cuadro nos da una idea de la potencia que se puede transmitir según la tensión utilizada.se puede transmitir según la tensión utilizada.Conceptualmente, cuando la línea está Conceptualmente, cuando la línea está cargada con su potencia natural, no consume cargada con su potencia natural, no consume ni genera reactivo.ni genera reactivo.

..Representación de las líneas de transmisiónRepresentación de las líneas de transmisión

parámetros unitarios distribuidos uniformementeparámetros unitarios distribuidos uniformemente

Impedancia serieImpedancia serie(( r + j xs r + j xs ))

Admitancia paraleloAdmitancia paralelo(( g + j bc g + j bc ))

r xs

bc g

Unidad de longitud

=Y

..

= ángulo característico

Circuito equivalente de una línea de transmisión largaCircuito equivalente de una línea de transmisión larga

Circuito equivalente Circuito equivalente

I2

U2

I1

U1

ZE

2

EY

2

EY

1

2 SenhZc

CoshYE ZE = Zc Senh

..A B

C D

I1 I2

U2U1

Modelo equivalente exacto representado mediante un cuadripolo

Un[kV]

Long.[km]

A[-]

B[]

C[S]

D[-]

1000 0,490 j 0,039 15,9 j 238,8 -5,4E-05 j 0,00319 0,490 j 0,039750

1500 -0,019 j 0,067 11,1 j 274,3 -1,6E-04 j 0,00365 -0,019 j 0,067

1000 0,489 j 0,045 17,8 j 227,5 -6,7E-05 j 0,00335 0,489 j 0,045500

1500 -0,020 j 0,078 12,4 j 261,5 -1,9E-04 j 0,00384 -0,020 j 0,078

500 0,863 j 0,021 20,6 j 136,5 -1,4E-05 j 0,00188 0,863 j 0,021

750 0,700 j 0,045 27,1 j 193,0 -4,6E-05 j 0,00265 0,700 j 0,045330

1000 0,487 j 0,073 29,7 j 236,3 -1,0E-04 j 0,00324 0,487 j 0,073

250 0,965 j 0,009 19,2 j 77,6 -2,6E-06 j 0,00089 0,965 j 0,009220

500 0,862 j 0,034 35,7 j 150,1 -2,1E-05 j 0,00171 0,862 j 0,034

250 0,964 j 0,016 43,7 j 97,0 -4,0E-06 j 0,00073 0,964 j 0,016132

500 0,858 j 0,063 81,1 j 188,5 -3,2E-05 j 0,00141 0,858 j 0,063

..La potencia transmitida por una línea de La potencia transmitida por una línea de alta tensión responde aproximadamente a alta tensión responde aproximadamente a la siguiente ecuación:la siguiente ecuación:

sen21

Xl

UUP

UU1 1 = = Tensión en el extremo emisorTensión en el extremo emisor

UU2 2 = = Tensión en el extremo receptorTensión en el extremo receptor

Xl = Xl = Reactancia serie entre los extremos de la Reactancia serie entre los extremos de la línealínea

= ángulo de desfasaje entre = ángulo de desfasaje entre UU11 y U y U22

..

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

Distancia [km]

Pote

ncia

[M

W]

d=35º

d=25º

d=15º

Pn

= 35º

= 25º

= 15º

100 1000500

Potencia transmitida en 500 kV

Características de los sistemas de Características de los sistemas de transmisióntransmisión

Los sistemas de transmisión en CA tienen Los sistemas de transmisión en CA tienen variaciones de tensión entre los extremos emisor variaciones de tensión entre los extremos emisor y receptor que dependen de:y receptor que dependen de:

DEM

L

Tensión en extremo emisor

Longitud de la línea

Consumo

Potencia transmitida

FACTORES QUE INFLUYEN EN LA FACTORES QUE INFLUYEN EN LA TENSIÓNTENSIÓN

--

DEM

L

Mayor U emisor=> Mayor U receptor

Mayor Long de la línea=>Menor U recep a altas pot. trasmitidas=>Mayor U recep a bajas potencias

Mayor consumo de Q=> menor U receptor

Mayor P transmitida=> Menor U en receptor

V EMISOR V RECEP

Un sistema de transmisión Un sistema de transmisión ideal debería tener en todas ideal debería tener en todas

sus barras una tensión igual a sus barras una tensión igual a la nominal. En la practica esto la nominal. En la practica esto

no es posible por lo que se no es posible por lo que se trata de mantenerla en una trata de mantenerla en una

banda de +/- 3%banda de +/- 3%

Compensación serieCompensación serie Capacitor en serie:Capacitor en serie:

Tiene una reactancia negativa Xc= 1/wC Tiene una reactancia negativa Xc= 1/wC que compensa la reactancia de la línea Xl que compensa la reactancia de la línea Xl = wL.= wL.

La potencia reactiva consumida por la La potencia reactiva consumida por la línea Q=Ilínea Q=I22. XL. XL

La potencia reactiva generada por el La potencia reactiva generada por el capacitor Q=Icapacitor Q=I22. XC. XC

Compensación Capacitor Serie: Funciona Compensación Capacitor Serie: Funciona compensando la caída de tensión inductiva compensando la caída de tensión inductiva en la línea, es decir, reducen la reactancia en la línea, es decir, reducen la reactancia eficaz de la línea de transmisión . Mejora eficaz de la línea de transmisión . Mejora la estabilidad y la capacidad de carga de la estabilidad y la capacidad de carga de las redes de transmisiónlas redes de transmisión

XlC

Rc

Efectos Compensación serie - Efectos Compensación serie - EstabilidadEstabilidad

Ejemplo de esquema de ProtecciónEjemplo de esquema de Protección En el caso que circule una En el caso que circule una

elevada corriente por el elevada corriente por el capacitor serie el varistor MOV capacitor serie el varistor MOV establece un By Pass para la establece un By Pass para la corriente a fin de proteger las corriente a fin de proteger las unidades capacitivas.unidades capacitivas.

Para proteger el varistor MOV Para proteger el varistor MOV se instala un air se instala un air gap( descargador). Es de gap( descargador). Es de actuación ultra rápida 1msactuación ultra rápida 1ms

Por último un interruptor para Por último un interruptor para sacar de servicio el capacitor sacar de servicio el capacitor (puentea).(puentea).

D es un reactor de descarga o D es un reactor de descarga o amortiguadoramortiguador

C

D

Balance de potencia reactivaBalance de potencia reactiva LAT de 500 kV y 500 kmLAT de 500 kV y 500 km

Q MVAr

Capac

Induc

Cap serie

LEAT

P(MW)

LEAT+CS

Efectos de la compensación Shunt y Efectos de la compensación Shunt y SerieSerie

..DEM

LVe Vr

-Los capacitores serie generan mayor Q cuanto mayor potencia reactiva consume la línea debido a la mayor corriente que circula. (Autorregulación).

-Producen un efecto equivalente al acortamiento de la longitud.

Los capacitores Serie y Shunt generan potencia reactiva y evitan que baje la tensión en el extremo receptor

P

Principio de funcionamientoPrincipio de funcionamiento Efecto de la compensación en serie de un sistema de Efecto de la compensación en serie de un sistema de

potencia:potencia: La tensión introducida por un condensador en serie es La tensión introducida por un condensador en serie es

proporcional a la intensidad de la línea y está en proporcional a la intensidad de la línea y está en cuadratura de fase con ella. La potencia reactiva generada cuadratura de fase con ella. La potencia reactiva generada por el condensador es proporcional al cuadrado de la por el condensador es proporcional al cuadrado de la corriente, de ahí que un condensador en serie tenga un corriente, de ahí que un condensador en serie tenga un efecto autorregulador. Cuando aumenta la carga del efecto autorregulador. Cuando aumenta la carga del sistema, también aumenta la potencia reactiva generada sistema, también aumenta la potencia reactiva generada por el condensador en serie. por el condensador en serie.

A continuación se exponen los efectos de la A continuación se exponen los efectos de la compensación en serie:compensación en serie:

Un condensador en serie es capaz de compensar la caída Un condensador en serie es capaz de compensar la caída de tensión en una línea de transmisión causada por la de tensión en una línea de transmisión causada por la inductancia en serie. Para corrientes bajas, la caída de inductancia en serie. Para corrientes bajas, la caída de tensión del sistema es menor y la tensión de tensión del sistema es menor y la tensión de compensación en serie es más baja. Cuando la carga compensación en serie es más baja. Cuando la carga aumenta y la caída de tensión se hace mayor, también aumenta y la caída de tensión se hace mayor, también aumenta la contribución del compensador en serie y, en aumenta la contribución del compensador en serie y, en consecuencia, se regula la tensión del sistema. La consecuencia, se regula la tensión del sistema. La compensación en serie también amplía la zona de compensación en serie también amplía la zona de estabilidad de la tensión al reducir la reactancia de línea, estabilidad de la tensión al reducir la reactancia de línea, ayudando con ello a impedir la caída de tensión.ayudando con ello a impedir la caída de tensión.

Sistema de transmisión no Sistema de transmisión no compensadocompensado

..U

Long en Km

1

0.95

1.05

0 400

L

P

DEMV extremo emisor

V extremo receptor

Perfil de V a lo largo de la línea

Sistema de transmisión con Sistema de transmisión con compensación shunt.compensación shunt.

U

Long en Km

1

0.95

1.05

0 400

V extremo emisor

V extremo receptor, mayor al caso anterior

Perfil de V a lo largo de la línea

L

P

DEM

CAP SHUNT

Sistema de transmisión con Sistema de transmisión con compensación seriecompensación serie

U

Long en Km

1

0.95

1.05

0 400

V extremo emisor

V extremo receptor, mayor al caso SC

Perfil de V a lo largo de la línea

L

P

DEM

CAP serie

Aumento de la demanda en la Aumento de la demanda en la compensación shuntcompensación shunt

U

Long en Km

1

0.95

1.05

0 400

V extremo receptor, Cae al aumentar la demanda

Perfil de V a lo largo de la línea con aumento de demanda

L

P

DEM

CAP SHUNT

Aumento de la demanda en la Aumento de la demanda en la compensación seriecompensación serie

U

Long en Km

1

0.95

1.05

0 400

V extremo emisor

V extremo receptor, cae levemente

Perfil de V a lo largo de la línea con aumento de demanda

L

P

DEM

CAP serie

Efecto sobre la estabilidadEfecto sobre la estabilidad

Transmisión sin capacitores serieTransmisión sin capacitores serie alto ángulo del generador (depende alto ángulo del generador (depende

del desfasaje entre Ve y Vr que del desfasaje entre Ve y Vr que depende de Xl)depende de Xl)

menor margen de estabilidadmenor margen de estabilidad

Transmisión con capacitores serieTransmisión con capacitores serie Menor ángulo del generadorMenor ángulo del generador mayor margen de estabilidadmayor margen de estabilidad

..Conclusiones:Conclusiones:

•Es posible mejorar la capacidad de Es posible mejorar la capacidad de transmisión de un sistema de potencia transmisión de un sistema de potencia mediante compensación.mediante compensación.

•La potencia natural contribuye como La potencia natural contribuye como parámetro de referencia simple al momento parámetro de referencia simple al momento de definir la capacidad de transmisión de una de definir la capacidad de transmisión de una línea.línea.

•Mediante la compensación es posible Mediante la compensación es posible controlar el flujo reactivo de la línea controlar el flujo reactivo de la línea tendiendo a minimizarlo.tendiendo a minimizarlo.

•La transmisión por corriente alterna La transmisión por corriente alterna presenta restricciones técnicas insalvables, presenta restricciones técnicas insalvables, requiriéndose el empleo de otras tecnologías requiriéndose el empleo de otras tecnologías tales como alta tensión en corriente continua tales como alta tensión en corriente continua para grandes distancias.para grandes distancias.

Comparación de costo y desempeñoComparación de costo y desempeño

SHUNTSHUNT SERIESERIE

COSTOCOSTO 12000 u$/MVAr12000 u$/MVAr 40000 u$/MVAr40000 u$/MVAr

Desempeño con Desempeño con nivel de trans.nivel de trans.

La cant de MVAr es cte.La cant de MVAr es cte. Los MVAr varían con Los MVAr varían con el nivel de el nivel de

transmisión, transmisión, aumentan si la trans. aumentan si la trans.

aumentaaumenta

Desempeño con Desempeño con nivel de Univel de U

Disminuye el aporte de Disminuye el aporte de MVAr cuadraticamente MVAr cuadraticamente

con la disminución de la con la disminución de la UU

IndependienteIndependiente

Desempeño por Desempeño por estabilidadestabilidad

Aumenta levemente el Aumenta levemente el margen de estabilidadmargen de estabilidad

Efecto de Efecto de acortamiento de acortamiento de

distancia y aumento distancia y aumento efectivo de efectivo de estabilidadestabilidad

Desempeño ante Desempeño ante fallasfallas

Se mantiene conectada a Se mantiene conectada a la redla red

Sale con la líneaSale con la línea

Shunt o SerieShunt o Serie

No hay receta – Depende de cada No hay receta – Depende de cada caso particular.caso particular.

Relación costo beneficioRelación costo beneficio Serie es buena opción para lineas Serie es buena opción para lineas

paralelo duplicadas por que hay paralelo duplicadas por que hay distribución pareja de flujo (igual distribución pareja de flujo (igual compensación en ambas). Eje compensación en ambas). Eje corredor Comahue – Buenos Aires.corredor Comahue – Buenos Aires.

Compensación Inductor Paralelo:Compensación Inductor Paralelo: Funciona compensando la admitancia Funciona compensando la admitancia paralelo de las líneas de transmisión paralelo de las líneas de transmisión

con lo cual disminuye el aumento de V con lo cual disminuye el aumento de V al final de la línea cuando estas se al final de la línea cuando estas se

hallan con baja carga o en vacío (Efec. hallan con baja carga o en vacío (Efec. Ferranti) esto es muy visto en líneas Ferranti) esto es muy visto en líneas

de 500 kV.de 500 kV.

Capacitor SerieCapacitor Serie