3 4-energizacion-de-condensadores

Resumen Proyecto Suministro Eléctrico Enap Refinerías Aconcagua Noviembre 2005Marzo 2010
CURSO EIE 467-01
FENÓMENOS TRANSITORIOS EN SISTEMAS
ELÉCTRICOS DE POTENCIA
Profesor : Carlos Rojas Agüero
CAPÍTULO 3.4
CONEXIÓN Y DESCONEXIÓN DE
BANCOS DE CONDENSADORES
PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DE VALPARAÍSO
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA 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 condensadores
aislados.
• 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 conocida
como “magnificación de tensión” o “amplificación de tensión”.
• Fallas a tierra en la proximidad de bancos de condensadores.
• Sobretensiones por energización de bancos de condensadores
cargados.
Fenómenos en las Maniobras (cont.)

Sobretensiones por Energización de
Bancos de Condensadores Aislados

)()(
)cos()(
tnsen
SZ
V
ti
tVtv
ω
ω
=
=
CLn
f
CLn
C
L
s
Z
⋅⋅⋅
=
⋅
=
=
π
ω
2
1
1
Impedancia característica
del sistema
Frecuencia angular característica
de energización transitoria
Frecuencia natural de oscilación
SZ
máx
V
máx
I =

Consideraciones :
• Condiciones iniciales nulas
• Interruptor cierra cuando la
tensión pasa por un máximo
Datos :
• Equivalente de Cortocircuito Z0 = 1,1025 + j 55,125 Ohms
Z1 = 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 Cap1.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 Condensadores
Tension Fase A - Barra Banco de Condensadores
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]
(f ile C ap1.pl4; x-v ar t) c:RESA -C APAA
0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10[s]
-1500
-1000
-500
0
500
1000
1500
[A]
Corriente Fase A - Barra Banco de Condensadores
(f ile Cap1.pl4; x-v ar t) c:RESA -CAPAA
10 15 20 25 30 35[m s]
-1500
-1000
-500
0
500
1000
1500
[A]
Corriente Fase A - Barra Banco de Condensadores

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]
)(5,2 msT ≈
Hz
T
f 400
3105,2
11
=
−⋅
≈=
Hz
CL
f
FC
mHL
5,444
2
1
)(577,0
)(26,222
=
⋅⋅⋅
=
=
=
π
µ

Sobretensiones de Maniobra
Sobretensiones por Energización de
Bancos de Condensadores Estando
otros Bancos Conectados (Maniobra
Conocida como “Back-to-Back”)

)2(
2
)0(
21
)(
2
tsen
SZ
c
vV
ti ω
−
=
eq
C
L
s
Z
2
2
=
2
2
SZ
máx
V
máx
I =
eq
CL ⋅
=
2
1
2
ω
eq
CL
f
⋅⋅⋅
=
2
2
1
2 π
21
21
CC
CC
eq
C
+
⋅
=

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 condensador
aislado.
• Esta corriente de alta frecuencia, podría provocar problemas
en 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 evitado
mediante 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. Estas
resistencias 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 evitado
• Energizar los bancos de media tensión en bloques más
pequeños.
• Controlar el interruptor, de tal manera que la maniobra de cierre se
efectúe cuando la tensión pasa por cero.

Sobretensiones en Equipos
Instalados en Baja Tensión Debido a
la Energización de Bancos de
Condensadores
(Magnificación de Tensión).

Al energizar el banco de condensadores C1, se producen
sobretensiones transitorias elevadas en el banco de condensadores
C2 instalado en baja tensión.
Este fenómeno se denomina Magnificación de Tensión.

11
2
1
1 CL
f
⋅⋅⋅
=
π
Se producirá un fenómeno de Magnificación de Tensión, cuando
ocurra lo siguiente:
• Las frecuencias naturales sean aproximadamente iguales.
22
2
1
2 CL
f
⋅⋅⋅
=
π

2121
LLyCC
• 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 circuito
en Baja Tensión es mucho mayor que la impedancia
característica del circuito en Media Tensión.
12
ZZ >>

El fenómeno de Magnificación de Tensión, puede ser evitado
• 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 más
pequeños.

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 gran
magnitud y de alta frecuencia.
• Los interruptores encargados de despejar la falla, deben estar
diseñados para permitir la circulación de este tipo de corrientes.
• La norma ANSI C37.06 establece los criterios mínimos que deben
cumplir los interruptores para este tipo de aplicación, siendo el valor
de I*f uno de los parámetros que determina la limitación de corriente
tanto en el cierre como en la apertura de los interruptores.

Sistema Eléctrico Modelo
1
2
1
C
eq
L
f
⋅⋅⋅
=
π
eq
L
C
V
pk
I 1
0
⋅=
eq
L
V
f
pk
I
⋅⋅
=⋅
π2
0
21
2
1
0
LL
eq
L
L
L
V
+=
=
=
= Voltaje inicial en C1
Inductancia propia de
C1
Inductancia 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 siguientes
valores del producto I*f :
• En interruptores para propósitos generales
7
102 ⋅<⋅ f
pk
I
• En interruptores para propósitos definidos
7
108,6 ⋅<⋅ f
pk
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 Limitar
la Corriente “Inrush” y “Outrush”

Estimación de la Corriente de Inrush
y Frecuencia en la Energización de
Condensadores
(Según ANSI/IEEE C37.012-1979)

Energización de un Banco Aislado
1
41,1
max
I
sc
I
pk
i ⋅⋅=
1
I
sc
I
s
ff ⋅=
sc
I
1
I
:
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)
1
C

Energización de un Banco Estando Otro Conectado en la Barra
)
21
(
)
21
(
1747
max II
eq
L
II
LL
V
pk
i
+⋅
⋅⋅
⋅=
)
21
(
)
21
(
5,9
II
eq
L
II
LL
V
s
f
f
⋅⋅
+⋅⋅
⋅=
LL
V
1
I
:
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)
:
s
f Frecuencia del sistema (Hz)
2
I
:
s
f Inductancia entre condensadores en )( Hµ
1
C
2
C

Valores Típicos de Inductancias entre Banco de Condensadores
Según 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 en
Tensión 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 kV
b) para bancos sobre 46 kV
)(5 Hµ
)(10 Hµ

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