Transcript Diapositiva 1 - cidel argentina 2010

Sobretensiones en redes de distribución por la
operación de sistemas de generación distribuida
Ing. Germán Zamanillo
( Miembro del I.P.S.E.P.)
Ing. Sebastian Nesci
(Miembro I.P.S.E.P.)
Dr. Ing. J. C. Gómez
(Director I.P.S.E.P.)
Instituto de Protecciones de Sistemas Eléctricos de Potencia (I.P.S.E.P.)
FI - Universidad Nacional de Río Cuarto
Córdoba – Argentina.
CIDEL 2010
Buenos Aires, Argentina, 27 - 29 de Septiembre de 2010
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Sistemas de generación distribuida
 Se tiende a promover el aprovechamiento de fuentes
alternativas.
 Estas se conectan a redes de distribución en puntos cercanos
a su generación.
 Aparecen cambios en los criterios de operación y esquemas
de protección tradicionales.
 No existe una coordinación entre los sectores involucrados.
 Surgen nuevas problemáticas respecto a sobretensiones
 Estas se aplican a las redes de distribución como a los
generadores distribuidos
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 Se
evalúan dos esquemas
de conexión de
transformadores
con
generadores
síncronos
y
asíncronos para cuatro casos experimentales.
 Se emula a escala de laboratorio la GD a circuitos que
tienen bancos de capacitores.
 El
sistema
genera
sobretensiones
debido
ferroresonancia balanceada o desbalanceada.
a
 Las sobretensiones presentan en algunos casos, una
alta distorsión de la forma de onda..
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Las formas de conexión del transformador, que se
presentan son:
A. Triángulo del lado del generador y del lado del
sistema
B. Estrella aislada en el lado de la DG y triangulo
en el lado del sistema
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A. Triángulo del lado del generador y del lado del sistema
La apertura del alimentador principal por falla, produce una
sobretensión permanente de tensión de línea, que daña
principalmente a los descargadores de sobretensión.
Descargadores de sobretensión
se le aplica la tensión de línea
GD
Sistema
desconectado
Falla a tierra
permanente
Transformador de
interconexión
5
B. Estrella aislada en el lado de la DG y triangulo en el
lado del sistema
La característica de este esquema es también su riesgo de
ocurrencia de ferroresonancia desbalanceada o balanceada,
en caso de falta de una fase del alimentador.
Esto ocurre, cuando opera alguno de los fusibles colocados
entre el alimentador y el generador, y este último es
desconectado del transformador quedando éste en vacío,
siguiendo los requisitos del operador o la empresa de servicio
eléctrico.
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METODOLOGÍA DE TRABAJO
Se llevó a cabo el estudio experimental utilizando máquinas y
equipos de las siguientes características
 Un generador síncrono de 2 kVA, 3 x 400 V, 2,9 A, conexión en
estrella, FP 80%, 110 V de excitación CC, 50 Hz, y 1.500 rpm.
 Un motor con rotor bobinado operando como generador asíncrono,
de 4 kW, 220/380 V, triangulo /estrella, 17,1 /9,9 A, FP 80%, 1410 rpm,
50 Hz, con rotor de 130 V, 21 A en estrella.
 Un transformador de interconexión de 13,5 kVA de relación 380/220 V.
 El sistema de suministro se lo considera como un sistema de
potencia infinita, debido a su potencia de cortocircuito de 15 MVA, en
comparación con los tamaños de los generadores.
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Los circuitos experimentales adoptados fueron para simular
los casos en donde en la alimentación principal aparezca una
falta parcial o total de las fases y que exista una carga
capacitiva mediana o grande en el tramo del alimentador.
Quedando en isla el banco de capacitores conectado con el
generador y baja carga.
Interruptor Monofásico,
bifásico y trifásico
Osc.
Transformador de
interconexión
Sistema
GD
Banco de
Capacitores
Transformador
auxiliar
Circuito Experimental simplificado
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Sólo dos de los cuatro esquemas de conexión investigados se
presentan, correspondiendo a ferroresonancia balanceada y
desbalanceada.
Interruptor Monofásico,
bifásico y trifásico
Osc.
Transformador de
interconexión
Sistema
GD
Banco de
Capacitores
Transformador
auxiliar
Circuito Experimental simplificado
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A. Conexión triangulo en ambos lados (Δ – Δ)
A1. Generador Síncrono. Conexión en estrella
El máximo valor instantáneo de la sobretensión generada fue de 1,87 pu.
Sobretensión generada en isla, apertura total, transformador Δ – Δ, 16 kVAr.
2,00
1,50
Valores (pu)
1,00
0,50
0,00
-0,50
-1,00
-1,50
-2,00
0
50
100
150
200
250
Tiempo (ms)
300
350
400
450
500
10
A. Conexión triangulo en ambos lados (Δ – Δ)
A2. Generador Asíncrono. Conexión en estrella
El máximo valor instantáneo de la sobretensión generada fue de 1,75 pu.
Sobretensión generada en isla, apertura total, transformador Δ – Δ y 10 kVAr.
2,00
1,50
Valores (pu)
1,00
0,50
0,00
-0,50
-1,00
-1,50
-2,00
0
50
100
150
200
250
Tiempo (ms)
300
350
400
450
500
11
A. Conexión triangulo en ambos lados (Δ – Δ)
A2. Generador Asíncrono. Conexión en estrella
El máximo valor instantáneo de la sobretensión generada fue de 1,59 pu.
Sobretensión generada, apertura de una fase, transformador Δ – Δ y 5 kVAr.
2,00
1,50
Valores (pu)
1,00
0,50
0,00
-0,50
-1,00
-1,50
-2,00
0
50
100
150
200
250
Tiempo (ms)
300
350
400
450
500
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B. Triangulo del lado del GD y estrella aislada del lado del
sistema de alimentación (Y – Δ)
B1. Generador Síncrono. Conexión en estrella
El máximo valor instantáneo de la sobretensión generada fue de 4,2 pu.
Sobretensión generada en isla, apertura total, transformador Y – Δ y 6 kVAr.
4,00
3,00
2,00
Valores (pu)
1,00
0,00
-1,00
-2,00
-3,00
-4,00
-5,00
600
650
700
750
800
Tiempo (ms)
850
900
950
1000
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B. Triangulo del lado del GD y estrella aislada del lado del
sistema de alimentación (Y – Δ)
B1. Generador Síncrono. Conexión en estrella
El máximo valor instantáneo de la sobretensión generada fue de 2,8 pu.
Sobretensión generada en isla, apertura total, transformador Y – Δ, 2 kVAr .
3,00
2,00
Valores (pu)
1,00
0,00
-1,00
-2,00
-3,00
-4,00
0
50
100
150
200
250
Tiempo (ms)
300
350
400
450
500
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B. Triangulo del lado del GD y estrella aislada del lado del
sistema de alimentación (Y – Δ)
B2. Generador Asíncrono. Conexión en estrella
Los resultados máximos se dieron para el banco de capacidad de 5
kVAr, para apertura total o parcial de las fases, quedando el
generador en isla.
Los valores máximos obtenidos de medición instantánea de
sobretensión generada, fueron del orden de los 1,30 pu .
Para cargas de 10 y 16 kVAr los resultados fueron similares entre si,
pero de menor magnitud pu.
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CONCLUSIONES
Para los cuatro casos experimentalmente evaluados, sobre
dos esquemas de conexión de transformadores, con
generadores síncronos y asíncronos, la GD conectada a
circuitos que tienen bancos de capacitores, genera
sobretensiones debido a ferroresonancia balanceada o
desbalanceada.
 La potencia reactiva de los capacitores está comprendida
entre:

1 a 8 veces la potencia del generador síncrono, y de

0,5 a 4 veces la potencia del generador asíncrono.
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CONCLUSIONES
En general, los valores de sobretensión se incrementan a
medida que se aumenta la potencia del banco de capacitores.
El máximo valor absoluto registrado de sobretensión fue de
4,2 pu, para un banco de capacidad de 5 kVAr, con un
generador síncrono, con apertura total de las fases.
La aplicación de generación distribuida todavía ofrece ventajas
técnicas económicas, siendo necesario realizar los análisis
específicos de posibles riesgos de ferroresonancia en cada
caso particular.
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CONCLUSIONES
 El estudio muestra la producción de ferroresonancia
balanceada y desbalanceada.
 Se observaron fenómenos de ferroresonancia de
régimen: sub-armónico, cuasi-periódico y caótico.
 Estas aparecen cuando hay capacitancia distribuida o
bancos de capacitores conectados al sistema para
algunos de los esquemas de conexión del
transformador.
 Se debe analizar el posible riesgo de presencia de
estas sobretensiones en cada caso particular.
 La conexión más adecuada del transformador de
interconexión, depende de las características del
sistema de potencia y del tipo del generador.
18
fin
gracias por su atención
19