“COMPENSACIÓN SHUNT Y SERIE EN SISTEMAS DE POTENCIA” LINEAS DE CA

Características generales La potencia transferible en un sistema de corriente alterna puede ser presentada como: proporcional al cuadrado de la tensión e inversamente proporcional a su longitud Aumentar la P implicaría aumentar el nivel de tensión o reducir la longitud de la línea

Un parámetro de referencia es la potencia natural: . Modelado de una línea de alta tensión Las líneas de alta tensión generan y consumen potencia reactiva. Un parámetro de referencia es la potencia natural: Un es la tensión nominal Zc es la impedancia natural: depende de la configuración geométrica y es independiente de la longitud (√Z/Y)

Asumiendo una Zc = 300 ohms se obtiene el siguiente cuadro Este cuadro nos da una idea de la potencia que se puede transmitir según la tensión utilizada. Conceptualmente, cuando la línea está cargada con su potencia natural, no consume ni genera reactivo.

Representación de las líneas de transmisión . Representación de las líneas de transmisión parámetros unitarios distribuidos uniformemente Impedancia serie ( r + j xs ) Admitancia paralelo ( g + j bc ) r xs bc g Unidad de longitud =Y

. Circuito equivalente de una línea de transmisión larga ZE ZE = Zc Senh q q = ángulo característico

. Modelo equivalente exacto representado mediante un cuadripolo I1 I2 A B C D I1 I2 U2 U1

. La potencia transmitida por una línea de alta tensión responde aproximadamente a la siguiente ecuación: U1 = Tensión en el extremo emisor U2 = Tensión en el extremo receptor Xl = Reactancia serie entre los extremos de la línea  = ángulo de desfasaje entre U1 y U2

Potencia transmitida en 500 kV . Potencia transmitida en 500 kV 1000 2000 3000 4000 5000 6000 Distancia [km] Potencia [MW] d=35º d=25º d=15º Pn d = 35º = 25º = 15º 100 500

Características de los sistemas de transmisión Los sistemas de transmisión en CA tienen variaciones de tensión entre los extremos emisor y receptor que dependen de: DEM L Tensión en extremo emisor Longitud de la línea Consumo Potencia transmitida

FACTORES QUE INFLUYEN EN LA TENSIÓN 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 ideal debería tener en todas sus barras una tensión igual a la nominal. En la practica esto no es posible por lo que se trata de mantenerla en una banda de +/- 3%

Compensación serie Capacitor en serie: Xl C Rc Capacitor en serie: Tiene una reactancia negativa Xc= 1/wC que compensa la reactancia de la línea Xl = wL. La potencia reactiva consumida por la línea Q=I2. XL La potencia reactiva generada por el capacitor Q=I2. XC Compensación Capacitor Serie: Funciona compensando la caída de tensión inductiva en la línea, es decir, reducen la reactancia eficaz de la línea de transmisión . Mejora la estabilidad y la capacidad de carga de las redes de transmisión

Efectos Compensación serie - Estabilidad

Ejemplo de esquema de Protección En el caso que circule una elevada corriente por el capacitor serie el varistor MOV establece un By Pass para la corriente a fin de proteger las unidades capacitivas. Para proteger el varistor MOV se instala un air gap( descargador). Es de actuación ultra rápida 1ms Por último un interruptor para sacar de servicio el capacitor (puentea). D es un reactor de descarga o amortiguador C D

Balance de potencia reactiva LAT de 500 kV y 500 km Q MVAr Capac Induc Cap serie LEAT P(MW) LEAT+CS

Efectos de la compensación Shunt y Serie DEM . L Ve 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

Principio de funcionamiento Efecto de la compensación en serie de un sistema de potencia: La tensión introducida por un condensador en serie es proporcional a la intensidad de la línea y está en cuadratura de fase con ella. La potencia reactiva generada por el condensador es proporcional al cuadrado de la corriente, de ahí que un condensador en serie tenga un efecto autorregulador. Cuando aumenta la carga del sistema, también aumenta la potencia reactiva generada por el condensador en serie. A continuación se exponen los efectos de la compensación en serie: Un condensador en serie es capaz de compensar la caída de tensión en una línea de transmisión causada por la inductancia en serie. Para corrientes bajas, la caída de tensión del sistema es menor y la tensión de compensación en serie es más baja. Cuando la carga aumenta y la caída de tensión se hace mayor, también aumenta la contribución del compensador en serie y, en consecuencia, se regula la tensión del sistema. La compensación en serie también amplía la zona de estabilidad de la tensión al reducir la reactancia de línea, ayudando con ello a impedir la caída de tensión.

Sistema de transmisión no compensado L . DEM U V extremo emisor 1.05 Perfil de V a lo largo de la línea 1 V extremo receptor 0.95 400 Long en Km

Sistema de transmisión con compensación shunt. DEM L U V extremo emisor CAP SHUNT 1.05 Perfil de V a lo largo de la línea 1 V extremo receptor, mayor al caso anterior 0.95 400 Long en Km

Sistema de transmisión con compensación serie CAP serie DEM L U V extremo emisor Perfil de V a lo largo de la línea 1.05 1 V extremo receptor, mayor al caso SC 0.95 400 Long en Km

Aumento de la demanda en la compensación shunt CAP SHUNT Perfil de V a lo largo de la línea con aumento de demanda 1.05 V extremo receptor, Cae al aumentar la demanda 1 0.95 400 Long en Km

Aumento de la demanda en la compensación serie CAP serie DEM L U V extremo emisor Perfil de V a lo largo de la línea con aumento de demanda 1.05 1 V extremo receptor, cae levemente 0.95 400 Long en Km

Efecto sobre la estabilidad Transmisión sin capacitores serie alto ángulo del generador (depende del desfasaje entre Ve y Vr que depende de Xl) menor margen de estabilidad Transmisión con capacitores serie Menor ángulo del generador mayor margen de estabilidad

. Conclusiones: Es posible mejorar la capacidad de transmisión de un sistema de potencia mediante compensación. La potencia natural contribuye como parámetro de referencia simple al momento de definir la capacidad de transmisión de una línea. Mediante la compensación es posible controlar el flujo reactivo de la línea tendiendo a minimizarlo. La transmisión por corriente alterna presenta restricciones técnicas insalvables, requiriéndose el empleo de otras tecnologías tales como alta tensión en corriente continua para grandes distancias.

Comparación de costo y desempeño SHUNT SERIE COSTO 12000 u$/MVAr 40000 u$/MVAr Desempeño con nivel de trans. La cant de MVAr es cte. Los MVAr varían con el nivel de transmisión, aumentan si la trans. aumenta Desempeño con nivel de U Disminuye el aporte de MVAr cuadraticamente con la disminución de la U Independiente Desempeño por estabilidad Aumenta levemente el margen de estabilidad Efecto de acortamiento de distancia y aumento efectivo de estabilidad Desempeño ante fallas Se mantiene conectada a la red Sale con la línea

Shunt o Serie No hay receta – Depende de cada caso particular. Relación costo beneficio Serie es buena opción para lineas paralelo duplicadas por que hay distribución pareja de flujo (igual compensación en ambas). Eje corredor Comahue – Buenos Aires.

Compensación Inductor Paralelo: Funciona compensando la admitancia paralelo de las líneas de transmisión con lo cual disminuye el aumento de V al final de la línea cuando estas se hallan con baja carga o en vacío (Efec. Ferranti) esto es muy visto en líneas de 500 kV.

Capacitor Serie