Evaluación de resonancia armónica para bancos de condensadores

Resumen:  Una empresa de servicios públicos opera bancos de capacitores de alimentadores y subestaciones en un alimentador de distribución de 25,56 kV. La empresa de servicios públicos utiliza simulaciones de escaneo de frecuencia para determinar el efecto de los bancos de capacitores del alimentador de distribución y de la subestación sobre la resonancia armónica y las características de respuesta de frecuencia. Se supone que las simulaciones mostrarán que las características de respuesta de frecuencia del alimentador dependen mucho del estado de los bancos de capacitores del alimentador y de la subestación.

Este estudio de caso evalúa el efecto de los bancos de capacitores de la subestación y del alimentador en la característica de respuesta de frecuencia de un alimentador de distribución de 25,56 kV.

INTRODUCCIÓN Y DESARROLLO DEL MODELO

Se estudió el efecto de los bancos de capacitores del alimentador de distribución y de la subestación sobre la resonancia armónica y las características de respuesta de frecuencia para el sistema que se muestra en la Figura 1. La precisión del modelo del sistema se verificó utilizando corrientes de falla trifásicas y de una sola línea a tierra y otras cantidades en estado estacionario, como la corriente nominal del banco de capacitores y el aumento de voltaje.

Figura 1 – Diagrama unifilar para el estudio de caso de resonancia del alimentador

RESULTADOS DE LA SIMULACIÓN

Se utilizó un análisis de exploración de frecuencia para determinar la impedancia frente a la característica de frecuencia del circuito para diversas condiciones de funcionamiento. El rango de frecuencia para estos casos fue de 60 Hz a 5000 Hz (incremento de 1 Hz). La carga en el alimentador para la condición de carga completa fue de aproximadamente 10,4 MVA con un factor de potencia del 98 % en el sistema de energía. Se completaron los siguientes casos de escaneo de frecuencia:

La Figura 2 muestra los resultados de la simulación de impedancia versus frecuencia para la ubicación de escaneo número 1 para las cuatro condiciones de operación.

Figura 2 – Respuesta de frecuencia en la ubicación de escaneo número 1

La Figura 3 muestra los resultados de la simulación de impedancia versus frecuencia para la ubicación de escaneo número 2 para las cuatro condiciones de operación.

Figura 3 – Respuesta de frecuencia en la ubicación de escaneo número 2

La Figura 4 muestra los resultados de la simulación de impedancia versus frecuencia para la ubicación de escaneo número 3 para las cuatro condiciones de operación.

Figura 4 – Respuesta de frecuencia en la ubicación de escaneo número 3

RESUMEN

Las simulaciones muestran que las características de respuesta de frecuencia del alimentador dependen mucho del estado de los bancos de capacitores del alimentador y de la subestación. Las observaciones adicionales incluyen:

1. Para las ubicaciones de escaneo número 1 y número 2 (final de los segmentos del alimentador), la respuesta de frecuencia simulada es generalmente más severa para la condición de tener en servicio los bancos de capacitores del alimentador distribuido más pequeños en comparación con tener en servicio el banco de capacitores de la subestación más grande.

2. Para la ubicación de escaneo número 3 (bus de subestación), la respuesta de frecuencia simulada es generalmente más severa para la condición de tener en servicio el banco de capacitores de subestación más grande en comparación con tener en servicio los bancos de capacitores de alimentación distribuida más pequeños.

3. A menudo es difícil generalizar el efecto sobre los niveles de distorsión de tensión cuando no se conocen la ubicación y las características de las cargas productoras de armónicos. La distorsión de voltaje resultante para las diferentes condiciones de operación dependerá de las ubicaciones, clasificaciones y características de las diversas cargas no lineales en el circuito. Por ejemplo, si las cargas no lineales están cerca de los extremos de dos segmentos del alimentador (ubicaciones de escaneo 1 y 2), es probable que la distorsión del voltaje del alimentador sea algo mayor para la condición de tener los capacitores del alimentador en servicio. Sin embargo, si las cargas no lineales están cerca de la subestación (ubicación de escaneo 3), es probable que la distorsión del voltaje del alimentador sea algo mayor para la condición de tener en servicio el banco de capacitores más grande de la subestación. Los niveles reales de distorsión de corriente y voltaje pueden determinarse mediante mediciones de campo y/o simulaciones por computadora más detalladas que incluyan las características de la fuente de corriente armónica.