Aspectos prácticos de los transitorios en la conmutación de condensadores shunt

Transitorio de conmutación en bancos de condensadores

Los transitorios de conmutación en los bancos de condensadores shunt son a menudo una preocupación en las distribuidoras de energía que planifican aplicar condensadores a niveles de voltaje de distribución (4,16 kV a 34,5 kV). Su principal área de preocupación es cómo los transitorios de conmutación de los condensadores afectarán a la calidad de la potencia en cargas comerciales e industriales próximas. En este artículo hablamos de los transitorios de conmutación de condensadores y de cómo afectará la calidad de la energía a cargas industriales y comerciales próximas.

Antecedentes

Los bancos de condensadores aplicados en las subestaciones típicamente consisten en un grupo de uno a cuatro condensadores conmutados. Los bancos están diseñados para conectarse o desconectarse automáticamente basándose en el factor de potencia, vars, y/o voltaje. Debido a las variaciones de carga pueden ocurrir diariamente un buen número de operaciones de conmutación. Cada evento de de conmutación es seguido por un transitorio de baja frecuenta que da como resultado problemas de calidad de la energía para cargas industriales y comerciales.

La figura con la que iniciamos este artículo muestra los transitorios que tienen lugar en una subestación con el cierre de un primer condensador de 1500 kvar. El peor caso de transitorio ocurrirá cuando el segundo conmutador se cierre cerca del pico de la forma de onda de voltaje fase a fase.

Preocupaciones sobre la calidad de la energía

Hay tres preocupaciones asociadas con los transitorios de conmutación de un banco de condensadores simples. Estas preocupaciones se indican en la siguiente figura, y se manifiestan de la siguiente forma:

1. La depresión de voltaje inicial da como resultado una pérdida de voltaje de magnitud "D" y duración "T1".
2. La recuperación del voltaje del sisstema resultará en un sobre-voltaje transitorio inicial de magnitud "S" y duración "T2".
3. Cruce múltiple en cero. Para el transitorio de la figura ocurre un total de tres cruces en cero antes del cruce natural del sistema por el cero.

Altura, profundidad y tiempos en una forma de onda de transitorios

Los transitorios de conmutación de los bancos de condensadores ocurren cuando un banco de condensadores se energiza en las proximidades a un banco de condensadores que ya está energizado. Sobre la energización del banco no cargado, las cargas volcadas desde el banco ya cargado cae una corriente de alta magnitud y frecuencia que está limitada por la impedancia entre las etapas del condensador (resistencia y reactancia del bus, fusibles, conmutadores de vacío, etc.). La mayoría de los bancos son suplementados con reactores de irrupción de transitorios para reducir la magnitud de los trnsitorios a las capacidades del fusible y conmutador de vacío.

Forma de mitigar los transitorios asocidos con la conmutación de los bancos de condensadores

Al comprar y especificar bancos de condensadores y bancos de filtros de armónicos, el coste asociado con las pérdidas de operación o daños en el equipo eléctrico próximo deben evaluarse respecto al coste del equipo adicional para eliminar transitorios de conmutación. Los bancos de condensadores y bancos de filtros de armónicos en el rango de voltaje de 2,4 kV y 34,5 kV pueden estar equipados con controles de cierre de voltaje cero para eliminar los transitorios de conmutación. Estos controles operan sus conmutadores de vacío asociados para que el cierre del contacto ocurra en el punto de cruce de voltaje cero.

Bibliografía: Practical aspects of shunt capacitor switching transients. Northeast Power Systems, Inc. Technote Series