UNI
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA
Facultad de Ingeniería Mecánica
ML 520 – LINEAS DE TRANSMISIÓN
2013
“Reactores de Potencia en los Sistemas de
Extra Alta Tensión” PRIMERA
ENTREGA
Ing. Freddy Saravia Poicon. Alumnos:
Huerta Fajardo Joseph Jharoll
20094068H
Gómez Medina Jorge Enrique
20090151H
Suarez Becerra Edward Pool
20090146D
Lima, Septiembre de 2013.
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UNI - FIM
E S A R R O L L O . D
1. DESCRIPCIÓN DE LA PROBLEMÁTICA. Planteamiento del Problema: Las condiciones de operación de la línea de extra alta tensión ante condiciones de efecto Ferranti.
2. OBJETIVOS A LA PROBLEMÁTICA, DEFINICIÓN DEL ENFOQUE.
Como manejar manejar el Riesgo de la Sobretensión en base base a los Reactores Reactores de Potencia. El Cálculo de la Potencia Reactiva, para para poder poder dimensionar dimensionar la cantidad cantidad de Reactores de Ponencia que se Necesita. Proponer el esquema esquema de Conexión con el fin fin de que el Sistema Sistema Interconectado se adapte a la entrada e ntrada en funcionamiento de la Línea de EAT.
3. DESCRIPCIÓN DEL CASO DE ESTUDIO CRITERIOS DE DIMENSIONAMIENTO DE REACTORES DE POTENCIA DE EXTRA ALTA TENSIÓN (SEGÚN LA NORMA IEC 60289) Existen dos tipos de reactores que se aplican en sistemas de potencia; unos con núcleo magnético, los cuales son similares a transformadores en circuito abierto, pero toman una considerable magnitud de corriente por las capas del núcleo; el otro tipo es el que tiene núcleo de aire variable, el cual es como un transformador cortocircuitado. El tipo de núcleo de acero es usualmente conectado en paralelo para compensar la potencia reactiva capacitiva de las líneas y cables. Sus inductancias pueden ser un poco precisas con respecto a valores utilizados comúnmente. comúnmente. Desde el punto de vista de la capacitancia, la construcción es como un transformador, que no posee múltiples bobinados. La capacitancia es similar entonces a la de un transformador de valor similar. Los reactores del tipo de núcleo de aire se los utilizan para circuitos ci rcuitos de bajo voltaje, y se los puede utilizar también para compensación en paralelo, cuando se los conecta en el terciario del transformador. Los reactores son utilizados en serie, como limitadores de corriente de cortocircuito, con la capacitancia baja. Si el reactor es visto como un circuito, la frecuencia natural será alta. En mediciones hechas en reactores, se encuentra que la frecuencia es bastante alta y está en el orden de los kHz, y se puede apreciar que existe un bajo amortiguamiento. Para el cálculo de la inductancia, se tiene la siguiente relación: 1
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Donde:
= 2 ∗∗ 1000 ∗∗ ∗ 1000
= Inductancia del reactor en mH, = Frecuencia nominal de la red en Hz.
= Reactancia del reactor en Ω,
Para obtener las relaciones entre la inductancia, inductancia, reactancia react ancia y corriente de los tipos de bancos de reactores trifásicos (conexión de una resistencia en serie con una inductancia), se toma en cuenta el tipo de conexión de cada uno de ellos. A continuación se describen los más utilizados.
Conexión Delta
Para este tipo de conexión donde los tres reactores monofásicos están conectados en delta, se tienen las siguientes relaciones:
3 ∗ ∗ = =
Donde = Potencia reactiva nominal en MVAR, = Reactancia Reactancia en del reactor conectado en delta, = Voltaje línea – línea nominal en kV. Para la resistencia se tiene:
Donde
= Factor de calidad a frecuencia nominal nominal (para un factor de calidad calidad igual a cero, la resistencia se configura a cero).
El factor de calidad se depende del fabricante que si tiene una menor resistencia el factor de calidad va a ser menor. Para encontrar la potencia reactiva inductiva en MVAR se tiene: ti ene:
Donde: = Corriente nominal en A, conectado en delta.
= √ 3 ∗∗ 1000 ∗
= Voltaje línea – línea nominal en kV del reactor
En este modelo se puede incluir una susceptancia de cada uno de los puntos de conexión de la delta hacia tierra, esta es la susceptancia a tierra Bg.
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Conexión Estrella
Para este tipo de conexión, el neutro puede estar aislado, estar conectado mediante una impedancia a tierra, o formando un cuarto conductor en el sistema trifásico que también tiene una impedancia a tierra, las relaciones entre cada uno de los l os parámetros son las siguientes.
Para la resistencia se tiene:
= =
Para encontrar la potencia reactiva en MVAR se tiene la misma fórmula anterior. En el modelo estrella con el neutro aislado también se puede incluir la susceptancia a tierra Bg desde cada uno de los puntos de conexión de las l as fases. Para la simulación que se pretende pr etende realizar en el Programa de Simulación Si mulación DigSilent, se debe elegir el tipo de reactor que se adapte al sistema, sin ocasionar problemas al SEIN. En el programa Digsilent el ingreso de los datos de compensadores reactivos se lo puede hacer directamente en el diagrama unifilar, o se lo puede hacer mediante la base de datos del programa Digsilent. Los compensadores pueden estar ubicados en el terciario del transformador o en una barra. El compensador R – L paralelo es una inductancia/reactancia y una resistencia en serie que puede ser definida de dos formas: 1. Parámetros de diseño, en donde los parámetros son definidos por la l a potencia reactiva o la corriente y el factor de calidad. 2. Parámetros de capa, en donde los parámetros son definidos por la inductancia o reactancia y la resistenc r esistencia ia en ohmios. No se necesita ingresar i ngresar otros parámetros para simulación de transitorios electromagnéticos, electromagnéticos, la diferencia en el programa son las tecnologías con las que fueron diseñados los reactores las cuales existen en el programa programa se muestran en la siguiente gráfica:
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Tecnología ABC-“D” Este modelo es una conexión trifásica delta de una inductancia y una resistencia en serie, se puede también ingresar la susceptancia que hay desde cada una de las fases hacia tierra (Bg) en .
Tecnología ABC-“Y”, ABC-“YN”, ABC-N Para el modelo Y aislado, no se considera la reactancia a tierra (Xe) y la resistencia a tierra (Re), se puede tomar en cuenta la susceptancia susceptancia (Bg) a tierra.
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Para el modelo Y aterrizado o compensado, se considera la reactancia a tierra (Xe) y la resistencia a tierra (Re) en ohmios. Para el modelo ABC-N, el neutro está conectado a tierra y se considera la reactancia a tierra (Xe) y la resistencia a tierra (Re) en ohmios
APLICATIVO TIVO 4. PLANTEAMIENTO DE UN CASO APLICA
El planteamiento como Caso Aplicativo se tomará como caso aplicativo las l as especificaciones para el dimensionamiento de los reactores Trifásicos de barra y de línea de 500kV, incluyendo los elementos auxiliares necesarios para su correcto funcionamiento y op eración. Para dicho objetivo, se utilizaran como premisas orientativas las siguientes Normas: IEC 60289, IEC 600076-1, 2, 3,3-1,5, IEC 60551, y IEC 60722., De las cuales la primera se refiere en específico a los Reactores de Potencia.
Características Constructivas:
En forma general en el contexto nacional se utilizan reactores para servicio exterior, con devanado sumergido sumergido en aceite, diseñado con refrigeración refri geración natural de aceite y aire (ONAN).
Características Técnicas:
Los reactores serán trifásicos, para i nstalación exterior, el propósito del presente análisis es corroborar los cálculos ya definidos por el proyecto pr oyecto Real.
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Descripción:
Potencia Nominal (MVAR), configuración Básica: 100,130 y 200, los mismos que son referenciales hasta ser aprobados por el COES-SINAC.
√ 3
Tensión del Devanado Primario: 500/
Tipo: Derivación (Shunt Reactor)
Refrigeración: ONAN
Conexión de Neutro: a través de Reactor de Neutro.
Accesorios: Transformadores Transformadores de Corriente (BCT).
Para la línea trifásica tri fásica de 500 kV, 60 Hz y 254 km de longitud, l ongitud, completamente completamente transpuesta, que une la Estación Transformadora Marcona (Departamento de Ica) y la Estación Transformadora Ocoña (Departamento Arequipa), se desea determinar:
En base a la problemática planteada se pide calcule la regulación de la línea si en el extremo emisor y receptor de la misma se instalan reactores de línea de 130 MVAr (monofásicos) cada uno. NOTA: realizar los cálculos utilizando utili zando el modelo de línea larga, además cabe mencionar que el siguiente ejemplo recoge las ideas i deas preliminares del Estudio,
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Existen muchas formas de obtener la regulación de tensión para la línea compensada de la Figura Anterior . En este caso se propone resolver el problema a partir de la teoría de los cuadripolos. Así, si se representa a la línea, y a cada uno de los reactores de línea, mediante un cuadripolo, según se observa en la Figura Siguiente, Siguiente, se puede escribir:
[] = [ ] ∗ [ ] ∗ [ ] ∗ 1 0 1 0 ] = ∗ 1 = ∗ 130500MVAr 1 [ ( √ 3 ) = [∗ 0.100096 10] .8611 +− 0+.001.30501981 4 0.81611+2.40 +0.10313540.5 ] [ ] = [9. 50.060∗10
Donde:
Los parámetros A, B, C, D de la línea de 500kV fueron calculados previamente.
Finalmente con la ayuda de las matrices Complejas se obtiene para una carga de 600MW (FP= 0.95 ind):
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0. 0 . 8 6 1 1 + 0 . 0 1 3 5 4 1 2 . 4 0 + 1 3 0 . 5 0 [] = [ ∗ 0.100096 ] ∗ [ − 0096 11 9.0560∗10 +0.001981 0.8611+ 0.01354 ] ∗ [ ∗ 0.0009 000966 1] ∗ [ ] 9864−+ +0.000.01002069 632 0.91864+ 2.40 +0.0101632 30.5 ] ∗ [692. 288675+ 0 [] = [5. 00.05∗10 ] 8 + 2 77. 7 = [32332685.3 0800820++1863.8 084088 4] 0.9864−+ +0.000.01002069 632 0.9864+ 12.40 +0.0101632 30.5 ] ∗ 0 [] = [5.005∗10 323 080 08 0 + 8 8 084 0 84 = 0.9864864++0.001632 = 01632 0.9864+0.001632 = 327 670670 + 88 753753 %% = ||| | | ∗| 100 = |327327 670670++|28828888753756756735| +|2882088| 675675++ 0| ∗ 100 = 17.6060
Luego, para la línea en Vacío:
Así,
Finalmente, la regulación de tensión de la línea es de:
En redes de transmisión se acepta una fluctuación considerable considerable (+/(+/ - 7,5 % del valor nominal), ya que no existen aparatos de utilización directa conectados a ella y en baja tensión, en alimentadores o sub alimentadores alimentadores la caída de tensión no debe debe exceder más del 3% del valor nominal, siempre que la caída de tensión en el punto más desfavorable de la instalación, no exceda el 5% de dicha tensión. De todas formas se debe tener en cuenta los siguientes aspectos: Una tensión muy elevada puede dañar el aislamiento de los equipos o saturar los transformadores. Actualmente la solución al problema de regulación se hace más complicada, debido a la complejidad y gran desarrollo de las redes r edes de distribución de energía. Es conveniente por lo tanto regular localmente, en l os diversos centros de consumo, el nivel de voltaje. Se dispone para ello de los siguientes métodos:
Conexión de potencia reactiva.
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Modificación de la Reactancia. Reactancia. Regulación de voltaje adicional (variación de taps)
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ANEXO A: LÍNEA DE TRANSMISI T RANSMISIÓN ÓN 500 KV CHILCA – MARCONA – MONTALVO
DENOMINACIÓN L.T. 500 KV CHILCA – MARCONA – MONTALVO
EMPRESA CONCESIONARIA Abengoa Transmisión Sur S.A. - ATS SUBESTACIONES ASOCIADAS S.E. Chilca 500 500 kV (Existente ) S.E. Marcona Marcona 500 kV; S.E. Marcona Marcona 220 kV S.E. Ocoña 500kV S.E. Montalvo 500 kV; S.E. Montalvo 220 kV
UBICACIÓN Departame nto Provi nci a Di stri to Al titud
DATOS TÉCNICOS Tensión Nominal Capacidad Capacidad en contingencia Longitud Numero de Ternas Configuración Conductor Cable de Guarda Guarda
S.E. Chilca S.E Marcona Li ma Cañe te Chi l ca 0 msnm
Ica Nazca Vista Ale gre
Línea 500 kV 700 MVA 840 MVA 872 km 1 Horizontal 700 / 750 MCM Tipo OPGW
S.E. Ocoña
S.E. Montalvo
Arequipa Camaná Ocoña 12 msnm
Moquegua Mariscal Ma riscal Nie to Moquegua 4438 msnm
Línea SE Marcona – SE Montalvo
220 kV 450 MVA MVA/700 /700 MVA 540MVA 540MVA/840 /840 MVA 28,6 km 1 Triangular 600 / 900 MCM Tipo OPGW
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