“compensaciÓn shunt y serie en sistemas de potencia” lineas de ca
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““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