Capacitores Coseno Fi Arm

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CapacitoresCoseno FiArmónicasFiltros

• Problemas que se presentan
• Posibles planteos
• Posibles soluciones

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Cargas

• Las cargas alimentadas por la red se representan
  como P j Q
• Al observar una carga cualquiera se destaca la
  dependencia del tiempo P(t) j Q(t)
• La carga se alimenta desde la red, con cierta
  corriente
• La corriente causa perdidas activas R I2 y
  reactivas X I2
• Caídas de tensión que dependen de RP XQ

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Efectos

• La corriente depende de P j Q, si se reduce Q
  se reduce la corriente
• La corriente mínima se presenta con Q 0
• Corriente menor, menores pérdidas.
• Menor Q menores caídas de tensión.
• La inversión (dinero) en la red depende de las
  corrientes que se deben transportar.
• El costo de la energía al usuario, depende del
  costo de generación, de las perdidas, de la
  inversión.

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La facturación

• La facturación de energía se basa en distintos
  factores
• Potencia máxima utilizada por el usuario
• Energía activa (en distintas fajas horarias)
• Energía reactiva
• Coseno fi determinado a partir de las energías
• En horas de máxima se pretende que los usuarios
  tengan un cos fi próximo a 1 pudiendo ser
  capacitivo
• En horas de mínima carga no debe ser capacitiva

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Registro de carga

• El registro muestra P(t) j Q(t)
• Agregamos j Qc constante, que representa un
  banco de capacitores
• Queda P(t) j (Q(t) Qc) que es integrado por
  los contadores de energía
• Se puede probar distintos valores de Qc, y cada
  simulación permite determinar el valor de la
  factura.
• La batería Qc puede dividirse en módulos, y estos
  se maniobran con cierta estrategia.

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El banco de capacitores

• Definida la potencia del banco se trata de
  construirlo con capacitores elementales
  (suponemos un banco de MT de algunos MVA)
• Los capacitores están contenidos en cajas
  metálicas de cierta tensión nominal y presentan
  cierta potencia
• Para construir el banco trifásico son necesarios
  cierta cantidad, múltiplo de 3.
• Los capacitores elementales pueden llegar a una
  potencia de la caja de 200 900 kVAr
• La máxima economía se consigue con las cajas
  mayores (mayor potencia menor peso especifico)

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Elección de la tensión

• En media tensión el banco trifásico se conecta en
  estrella Y
• Al hacer esto la tensión nominal de las cajas es
  menor.
• Se debe considerar la tensión (máxima) en barras
  de alimentación del banco, incluyendo la
  sobreelevación de tensión que se produce por el
  banco, particularmente cuando la red queda en
  vacío.

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Protección

• Los capacitores pueden ser con fusibles internos
  las fallas de sus capacitores componentes son
  protegidas, pero la caja varia su capacidad, y
  debe ser periódicamente controlada
• Sin fusibles internos la protección se hace con
  un fusible externo, la falla interna produce su
  actuación y se pierde la caja.
• La calidad de capacitores que se puede conseguir
  hoy, hace que las fallas de los componentes sean
  muy reducidas, las razones que inclinan hacia una
  u otra solución deben analizarse en cada caso.

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Protección del banco

• Los capacitores son sensibles a las
  sobretensiones, pero estas se manifiestan también
  como sobrecorrientes (relés de tensión / relés de
  corriente)
• Si el neutro del banco no esta a tierra se puede
  dividir el banco en mitades, doble estrella, y
  comparar el desequilibrio entre ambas (relé de
  corriente de desequilibrio).
• También si el neutro está a tierra es posible el
  rele de desequilibrio.
• Bibliografia 2003 Conference for Protective
  Relay Engineers - Texas AM University - Gustavo
  Brunello, Bogdan Kasztenny, Craig Wester

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Temas de estudio

• Corrientes de inserción, de banco único, de
  bancos en paralelo
• Para limitar las corrientes de inserción se
  agregan reactores serie, función limitador
• Corrientes de desequilibrio, primero causados por
  la dispersión de los valores de las cajas, luego
  por los fusibles internos o externos.
• Transitorios de actuación de los fusibles
• Apertura, tensión entre bornes del interruptor
  durante la interrupción.
• Descarga de los capacitores, cuchillas de tierra.

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Otros efectos

• La red queda constituida por capacitores en
  paralelo con la carga, la alimentación de la
  carga se hace desde la red.
• La red y la carga son esencialmente impedancias
  inductivas, los capacitores no
• La impedancia de la red vista desde un punto
  muestra valores variables con la frecuencia.
• Este grafico es llamado frecuency scan

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Diagrama de impedancias

• Se alimenta el circuito equivalente que
  corresponde a la red y a la carga con corriente
  (de valor constante) de frecuencia variable.
• I Z U
• Se representa el valor de la impedancia o de la
  tensión en función del número de armónica
  (frecuencia)
• La lectura de este diagrama permite adquirir
  sensibilidad a las tensiones armónicas presentes,
  que deforman la onda fundamental

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Armónicas presentes

• Si los equipos generadores de armónicas son
  existentes, se pueden medir en la red las
  armónicas presentes.
• En muchas redes se encuentran instalados aparatos
  de medición de calidad de servicio que entregan
  valores de armónicas
• La dificultad está en que no siempre la
  interpretación de esta información es intuitiva o
  fácil
• En redes nuevas se debe hacer una buena
  estimación, generalmente la dificultad es obtener
  información de las futuras cargas

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Distribución de armónicas

• Con los valores de amplitud de las corrientes
  inyectadas que corresponden a cada armónica se
  puede determinar el flujo de cada armónica en la
  red.
• Se puede hacer un diagrama que muestra la
  amplitud de las distintas armónicas en una rama,
  o la distorsión de tensión en los distintos
  nodos.
• Estos cálculos se hacen con determinada inyección
  de armónicas hamonic frequency scan

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Dependencia de la carga

• Las armónicas varían con la carga, para observar
  relaciones se hacen gráficos de correlación.
• Se puede encontrar que hay casos con correlación
  entre carga y amplitud de las armónicas presentes
• A veces no hay correlación.

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Efectos de las armónicas

• La consecuencia de cada corriente armónica es una
  deformación de la tensión que se presenta en cada
  nodo.
• Frecuentemente se aplica el método de
  superposición, los resultados son discutibles,
  pero se consideran validos al menos en primera
  aproximación.

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Los filtros

• Se trata de generar un camino que cortocircuite
  las corrientes armónicas cerca de donde se
  generan.
• Zn j N w L - j 1 / (N w C)
• Para una dada armónica N se tiene Zn 0
• Se produce resonancia, impedancia nula
• Se pueden poner filtros de este tipo en paralelo
  para amortiguar distintas armónicas
• Es interesante observar el diagrama de impedancia
  armónica del conjunto red y filtros

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Filtro de primer orden R C Filtro de segundo
orden pasa banda Filtro de segundo orden
amortiguado resistivo Filtro de tercer orden
amortiguado Filtro de tercer orden tipo C
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Dimensionamiento del filtro

• 0 N w L - 1 / (N w C) de aquí N2 1 / (w2 L
  C)
• Q U2 / (w L - 1 / (w C)) para la fundamental
• L 1 / (N2 w2 C)
• Q U2 w C / (1 1 / N2) potencia del filtro
• Aceptemos que los datos son U tensión en barras,
  Q potencia, N armónica de resonancia,
• Quedan determinados C y L
• Observemos que la tensión aplicada a los
  capacitores es mayor que la que se tiene en
  barras.

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continua

• Uc Ubarras / (1 1 / N2)
• La tensión en barras debe cubrir los valores
  máximos que normalmente se presentan
• Los incrementos mayores para la tensión de los
  capacitores se dan con las sintonías en menores
  armónicas
• Es necesario evaluar las tensiones y corrientes
  presentes en los componentes del filtro cuando
  este esta sometido a las condiciones de armónicas
  presentes en la red, resultados que se obtienen
  del harmonic frequency scan

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Especificación de los componentes

• Para el capacitor es importante encontrar las
  tensiones armónicas presentes que se deben
  componer con la fundamental, la solución mas
  segura es sumar amplitudes sin tener en cuenta
  que son de distintas frecuencias, mas racional
  parece que es componer los valores eficaces ...
• También es importante evaluar la corriente en los
  capacitores, considerando también las armónicas.
• Para los reactores también se requiere encontrar
  tensiones y corrientes

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continua

• También es necesario especificar el eventual
  resistor, tensión, corriente, potencia.
• Estas especificaciones deben cubrir situaciones
  de funcionamiento normal, considerar las
  tolerancias de los componentes que varían el
  ajuste de sintonía, y condiciones de falla de
  algún componente
• Obsérvese que a medida que los filtros aumentan
  de orden, la proyección de los componentes es muy
  dificultosa.

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Verificación

• Dimensionados los filtros es necesario verificar
  sus prestaciones en al red.
• Interesa determinar la distorsión de la tensión
  en barras, las corrientes que fluyen hacia las
  distintas zonas de la red.
• Los reglamentos de calidad de servicio fijan
  limites de compatibilidad.
• Los filtros en la red están sometidos a las
  armónicas que inyectan todos los usuarios, no
  solo el que tiene interés en filtrar su
  producción de armónicas

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Conclusiones

• El filtro es un problema de múltiples facetas.
• Frecuentemente el proyectista del filtro es el
  fabricante de los capacitores, componente de
  mayor peso
• Quien conoce las armónicas que se presentaran es
  quien conoce la red
• Quien proyecta el filtro debe especificar
  componentes de subproveedores, capacitores,
  inductores, resistores, cables de conexión,
  interruptores...
• Cada componente implica una especificacion que
  debe corresponder a solicitaciones para nada
  normales.

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Conclusiones

• Generalmente es difícil transmitir al proyectista
  todas las exigencias, y asegurarse de que son
  correctamente tenidas en cuenta.
• Muchas situaciones tienen una gran relación con
  la carga y la operación de la red...
• Las situaciones de funcionamiento son muchas...
  hay que estudiar mucho... Lo que no se estudia
  antes... Se debe estudiar después (y sale mas
  caro !)

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FIN
Por su atención gracias