CT189 Manobra e proteção dos bancos de capacitores MT (espanhol)

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Cuaderno Tcnico n 189Maniobra y proteccin de las bateras de condensadores de Media Tensin

Denis KOCH

La Biblioteca Tcnica constituye una coleccin de ttulos que recogen las novedades electrotcnicas y electrnicas. Estn destinados a Ingenieros y Tcnicos que precisen una informacin especfica o ms amplia, que complemente la de los catlogos, guas de producto o noticias tcnicas. Estos documentos ayudan a conocer mejor los fenmenos que se presentan en las instalaciones, los sistemas y equipos elctricos. Cada uno trata en profundidad un tema concreto del campo de las redes elctricas, protecciones, control y mando y de los automatismos industriales. Puede accederse a estas publicaciones en Internet: http://www.schneiderelectric.es Igualmente pueden solicitarse ejemplares en cualquier delegacin comercial de Schneider Electric Espaa S.A., o bien dirigirse a: Centro de Formacin Schneider C/ Miquel i Badia, 8 bajos 08024 Barcelona Telf. (93) 285 35 80 Fax: (93) 219 64 40 e-mail: formacion@schneiderelectric.es

La coleccin de Cuadernos Tcnicos forma parte de la Biblioteca Tcnica de Schneider Electric Espaa S.A.

Advertencia Los autores declinan toda responsabilidad derivada de la incorrecta utilizacin de las informaciones y esquemas reproducidos en la presente obra y no sern responsables de eventuales errores u omisiones, ni de las consecuencias de la aplicacin de las informaciones o esquemas contenidos en la presente edicin. La reproduccin total o parcial de este Cuaderno Tcnico est autorizada haciendo la mencin obligatoria: Reproduccin del Cuaderno Tcnico n 189 de Schneider Electric.

Cuaderno Tcnico Schneider n 189 / p. 2

Cuaderno Tcnico no 189Maniobra y proteccin de las bateras de condensadores de Media TensinDenis KOCH Ingeniero diplomado del IEG (Grenoble) en 1 979; se incorpor este mismo ao a la divisin THT (Muy Alta Tensin) de Merlin Gerin. De inmediato fue nombrado responsable tcnico de los interruptores automticos MT, poniendo a punto su marketing operacional. Despus de 1 995 y en la actividad T&D (Transporte y Distribucin) de Schneider, se le encomendaron, en el seno del equipo de marketing estratgico, las reas de normalizacin, tecnologa y entorno.

Trad.: M. Pla Original francs: junio 1 997 Versin espaola: junio 2 000

Terminologa

Energa activa: Es la que se transforma ntegramente en trabajo o en calor (prdidas). Se mide en kWh. Energa reactiva: Se manifiesta cuando existe un intercambio de energa activa entre la fuente y una carga. Est asociada a los campos magnticos internos de los motores y transformadores. Se mide en kVAr. Esta energa provoca sobrecarga en las lneas sin producir trabajo til, por ello es necesario compensarla. Escalones - (back to back en ingls y gradins en francs): Conexin de las bateras de condensadores mltiples, de forma que absorben fraccionadamente la carga de la red. Es utilizada en grandes industrias (potencia instalada importante) y para la distribucin de energa (centrales generadoras). Smbolos: U: tensin entre fases de la red, Icc: corriente de cortocircuito de la red, Scc: potencia de cortocircuito de la red, L0: inductancia de cortocircuito de la red,

f: frecuencia industrial, : pulsacin a frecuencia industrial, L: inductancia de conexin (serie) con la batera (caso de batera nica), : inductancia de conexin (serie) con cada escaln de la batera (caso de batera de escalones), L: inductancia de choque, C: capacidad de la batera, Q: potencia de la batera, Icapa: corriente capacitiva que circula por la batera, Ie: intensidad de pico al cierre, fe: frecuencia propia de oscilacin de Ie, Sa: coeficiente de sobretensin aguas arriba (lado red) SA en p.u. = tensin de pico mxima aguas arriba, al cierre, dividida por U 2 3 ,

Sb: coeficiente de sobretensin aguas abajo (lado condensador), In: intensidad en servicio continuo, Icie mx: intensidad de pico mxima de cierre.

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Maniobra y proteccin de las bateras de condensadores de MT

El deterioro del cos debido a las cargas autoinducidas, provoca un aumento significativo de intensidad en las instalaciones elctricas y produce prdidas en las lneas y transformadores. Las Compaas distribuidoras y las industrias estn obligadas a poner en servicio las bateras de condensadores. Conectar y desconectar los condensadores produce fenmenos muy particulares que influyen directamente en las caractersticas de la aparamenta de maniobra y de proteccin. Este Cuaderno Tcnico tiene por objeto su estudio, haciendo continuas referencias a las normas y a los ensayos.

1 Compensacin de la energa reactiva

1.1 Generalidades 1.2 Las tcnicas de compensacin en media tensin 1.3 Definicin de los smbolos utilizados 2.1 Fenmenos elctricos relacionados con el accionamiento y conexin 2.2 Fenmenos elctricos relacionados con la desconexin 2.3 Orden de magnitudes

p. p. p. p. p. p. p. p. p. p. p. p. p. p. p. p. p. p. p. p. p. p. p.

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2 Maniobra de las bateras de condensadores

3 Problemas que presentan los condensadores y soluciones

3.1 Solicitaciones elctricas 3.2 Concepcin de las bateras de condensadores 3.3 Dimensionado trmico de la aparamenta 4.1 Problemas presentados 4.2 Soluciones Schneider 4.3 Normas 4.4 Tabla para la eleccin de la aparamenta de MT de Merlin Gerin

4 Problemas que presenta la aparamenta y soluciones tcnicas

5 Clculo de las intensidades de 5.1 Batera nica conexin e inductancias de choque 5.2 Batera en escalones 5.3 Las inductancias de choque 6 Proteccin contra las sobreintensidades 6.1 Proteccin con fusible 6.2 Proteccin por interruptor automtico 6.3 Proteccin contra los defectos internos Anexo 1: Principales caractersticas de la aparamenta de MT Anexo 2: Valoracin de las aplicaciones de la aparamenta de MT Anexo 3: Cuadro comparativo del clculo de las corrientes de conexin Anexo 4: Bibliografa

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1

Compensacin de la energa reactiva

1.1

GeneralidadesLa implantacin de condensadores sobre una red elctrica constituye lo que llamamos el modo de compensacin. Su implantacin viene determinada por: n el objetivo propuesto (supresin de gravmenes o penalizaciones, descarga de cables y transformadores, etc. o estabilizacin del nivel de tensin), n el modo de distribucin de la energa elctrica, n el rgimen de carga, n la influencia con aplicacin de condensadores sobre las caractersticas de la red, n el coste de la instalacin. La compensacin de la energa reactiva puede ser (figura 1): n global; ejemplo: o en la red de AT para Ca. de distribucin , o en la red de MT para un abonado en MT , o en red de BT para un abonado en BT sobre batera de tipo fijo, n por sectores; ejemplo: o centro de distribucin de Ca. elctrica (central generadora) , o fbrica, taller o edificio, para un abonado en BT , n individual. Esta compensacin es tcnicamente ideal ya que produce la energa reactiva en el punto mismo de consumo y en cantidad rigurosamente ajustada a la demanda. A pesar de ello, esta solucin es econmicamente desfavorable, y conduce generalmente a una

Red de distribucin AT

1Red de distribucin MT

Trafo de distribucin MT/BT Red BT

Trafo MT/BT JdB BT

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3

2

Abonado BT

5

Abonado MT

Fig. 1: La implantacin de compensadores de energa reactiva.

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sobrecompensacin ya que no contempla la posibilidad de aplicacin de los coeficientes de utilizacin y simultaneidad de las cargas. Ejemplo: grandes motores de MT o BT. En la prctica, instalar las bateras de condensadores en media y alta tensin, resulta ventajoso econmicamente para potencias de unos 1 000 kVAr o superiores. Analizando las redes de diferentes pases se llega a la conclusin que no es posible establecer una regla universal. El modo de comprensin depende de la poltica energtica de los pases y distribuidores. En los Estados Unidos la compensacin se realiza esencialmente en MT por razones de tipo tarifario. Por contra, en Alemania, la compensacin se realiza preferentemente en BT ya que parece lgico compensar exactamente en el punto de consumo de la energa reactiva.

En Francia: n La Compaa distribuidora de mbito nacional, instala bateras fijas en las redes de 63 kV y 90 kV (bateras no fraccionadas), y en centros de produccin en AT/MT, sobre las redes de 10, 15 y 20 kV instalan bateras en escalones (fraccionadas). La potencia de estas ltimas bateras puede alcanzar 4,8 MVAr en redes de 20 kV. n Los abonados en MT o BT deben compensar sus instalaciones para obtener el cos en el punto de suministro a la red, igual o superior a 0,928. Este documento slo trata de la compensacin de la energa reactiva en MT. En Espaa: n Se considera que la compenmsacin en MT resulta econmicamente aplicable cuando la potencia instalada es 800 kVAr. Por debajo de esta potencia la compensacin se realiza en BT, si es posible.

1.2

Las tcnicas de compensacin en media tensinCompensacin tradicional Las bateras de condensadores se conectan en derivacin sobre la red. Pueden ser: n nicas o fijas (figura 2). Cuando la potencia reactiva es pequea y la carga a compensar relativamente estable. n Fraccionadas (figura 3). Este tipo de compensacin comnmente se denomina en escalones (back to back en ingls y gradins en francs). Este tipo de batera es muy utilizada en grandes industrias (potencia instalada importante) y los distribuidores de energa (centrales generadoras). Permite una regulacin paso a paso de la energa reactiva. La conexin o desconexin de los escalones de condensadores puede pilotarse con rels de tipo varmtrico (reguladores del factor de potencia). Compensaciones particulares Nota: Repasamos brevemente estos sistemas a ttulo de recordatorio. n Compensadores esttic