CAPÍTULO 4 JUSTIFICACIÓN TEÓRICA PARA MEJORAR LA CALIDAD DE SUMINISTRO

1. CAPÍTULO 4 JUSTIFICACIÓN TEÓRICA PARA MEJORAR LA CALIDAD DE SUMINISTRO Dr. Luis Morán T.

2. Problemas asociados a la Calidad de Suministro: 1.- Regulación de voltaje. 2.- Desbalances de voltaje. 3.- Distorsión formas de onda voltaje y corriente. 4.- Factor de Potencia. 5.- Corte de suministro. Dr. Luis Morán T.

3. Como corregir estos problemas? Los problemas del 1 al 4 se corrigen controlando el flujo de potencia reactiva en el sistema de potencia. El corte de suministro sólo se corrige entregando potencia activa. Dr. Luis Morán T.

4. Regulación de tensión. Dr. Luis Morán T.

5. Desbalances en Tensión y Corrección de Factor de Potencia 1.- Compensación Ideal Mediante Redes de Admitancia (Sist. 1 y 3) Carga: Representada por Malla de Admitancia. Dr. Luis Morán T.

6. Compensador Ideal: Malla de Sec (+), que al conectarse a una carga desbalanceada, hace que la fuente vea una carga puramente resistiva y balanceada. Dr. Luis Morán T.

7. Para Tener Factor de Potencia Unitario, a cada Carga se le conecta en paralelo una admitancia que anule su efecto reactivo. Esto es: Susceptancias del Compensador Dr. Luis Morán T.

8. Desde el punto de vista de la fuente ahora se tiene una Carga Trifásica Resistiva,pero desbalanceada. Las tensiones de línea permanecen balanceadas e iguales a: Tensiones de Secuencia Positiva Dr. Luis Morán T.

9. Compensación Carga Monofásica. Análisis para situación más desfavorable: Balancear una carga monofásica. Esto es: Se desea tener un Sistema Balanceado y Puramente Resistivo. Esto es: con: Dr. Luis Morán T.

10. La compensación se realiza conectando dos elementos pasivos (Condensador e Inductor) en los extremos de las otras líneas. Ecuaciones Resultantes: Con: Dr. Luis Morán T.

11. Reemplazando las ecuaciones anteriores y desarrollando se tiene lo siguiente: Como Va es Referencia: Dr. Luis Morán T.

12. Reemplazando: Finalmente: Dr. Luis Morán T.

13. De igual Forma: Además: Así: Dr. Luis Morán T.

14. Desarrollando: Finalmente: Dr. Luis Morán T.

15. Se observa que la Corriente de Línea Ic es: Al Conectar e se ha Compensado la Carga. Dr. Luis Morán T.

16. Las admitancias de compensación de las otras fases se obtienen efectuando el mismo análisis. Estas admitancias de compensación son válidas solo para tensiones de alimentación de Sec (+). En el caso de que las tensiones de alimentación sean de Sec (-). Dr. Luis Morán T.

17. Las admitancias de compensación para tensiones de alimentación de Sec (-). Finalmente: Dr. Luis Morán T.

18. De igual forma. Finalmente: Dr. Luis Morán T.

19. Para compensar las conductancias de las otras fases, las admitancias de compensación a conectar son: • Para : Entre fases a y b Entre fases b y c • Para : Entre fases c y a Entre fases a y b Dr. Luis Morán T.

20. Por lo tanto, en el caso de tener una carga trifásica desbalanceada y con factor de potencia distinto de 1, al conectar un compensador un compensador en paralelo, cuya susceptancia esté definida por: La carga ve una carga trifásica equivalente Balanceada y con factor de potencia Unitario. Dr. Luis Morán T.

21. Conclusiones: • Con un compensador adecuado conectado en paralelo, cualquier carga lineal desbalanceada, con factor de potencia diferente de 1, se puede transformar en una carga balanceada, puramente resistiva, sin modificar el consumo neto de potencia activa. • El compensador ideal puede ser puramente reactivo. Dr. Luis Morán T.

22. Compensación de la Carga en función de las Componentes de Simétricas. Si bien el análisis teórico presentado es correcto y muestra claramente que el objetivo de balancear cargas desbalanceadas puede cumplirse, presenta el grave inconveniente que al implementarse, se requiere estar censando la admitancia de la carga lo que no representa la mejor opción. Por esta razón, es mejor encontrar los valores de la suceptancia de carga a partir de las tensiones y corrientes de carga. Dr. Luis Morán T.

23. Definiendo el operador: En función de este operador las tensiones de fase quedan definidas por: Dr. Luis Morán T.

24. Para carga conectada en Delta, las corrientes de fase quedan definidas por: Dr. Luis Morán T.

25. En función de las componentes simétricas: Reemplazando Ia, Ib e Ic: Dr. Luis Morán T.

26. Desbalances en Tensión y Corrección de Factor de Potencia A.- Compensación Ideal Mediante Redes de Admitancia (Sist. 1 y 3) • De estas expresiones se pueden determinar las componentes simétricas de las corrientes de línea del compensador de reactivos conectado en paralelo a la carga (). • Al conectar el compensador la carga se balancea ( I2L+I2L=0) y el factor de potencia se hace igual a 1 ( Im{I2L+ I2L}=0) Dr. Luis Morán T.

27. Desbalances en Tensión y Corrección de Factor de Potencia A.- Compensación Ideal Mediante Redes de Admitancia (Sist. 1 y 3) • Despejando los valores de , y de las 2 últimas ecuaciones, se tiene: (1) • El factor de potencia es unitario, por lo tanto, se tiene: •  Im{I1L+I1L} = 0 <=> Im{I1L} = -Im{I1L} Dr. Luis Morán T.

28. Desbalances en Tensión y Corrección de Factor de Potencia A.- Compensación Ideal Mediante Redes de Admitancia (Sist. 1 y 3) • Reemplazando en (1) (2) • Carga Balanceada • Igualando parte Real e Imaginaria Dr. Luis Morán T.

29. Desbalances en Tensión y Corrección de Factor de Potencia A.- Compensación Ideal Mediante Redes de Admitancia (Sist. 1 y 3) • Se forma el siguiente sistema de ecuaciones: Dr. Luis Morán T.

30. Desbalances en Tensión y Corrección de Factor de Potencia A.- Compensación Ideal Mediante Redes de Admitancia (Sist. 1 y 3) • Resolviendo el sistema de ecuaciones anterior, se obtiene: • Expresando las componentes de secuencia en función de las corrientes de Línea. Dr. Luis Morán T.

31. Desbalances en Tensión y Corrección de Factor de Potencia A.- Compensación Ideal Mediante Redes de Admitancia (Sist. 1 y 3) • Las expresiones para las susceptancias de compensación en función de las componentes simétricas de las corrientes de carga muestran que el compensador se puede implementar a través de dos mallas en paralelo, una para compensar componentes de Sec (+) y la otra para compensar componentes de Sec (-) de la corriente de la carga. • Esta solución es Anti económica (2 mallas) y compleja puesto que requiere calcular las componentes de secuencia de las corrientes de la carga. Dr. Luis Morán T.

32. Desbalances en Tensión y Corrección de Factor de Potencia A.- Compensación Ideal Mediante Redes de Admitancia (Sist. 1 y 3) A4.- Susceptancias de Compensación en función de las corrientes de la Carga. • Al reemplazar en las expresiones de las susceptancias de compensación obtenidas anteriormente los valores de I1L , I2L por las corrientes de línea definidas por: Dr. Luis Morán T.

33. Desbalances en Tensión y Corrección de Factor de Potencia A.- Compensación Ideal Mediante Redes de Admitancia (Sist. 1 y 3) • Finalmente llegamos a: • Estas expresiones definen los valores de las susceptancias de compensación en función de las corrientes de línea de la carga. Dr. Luis Morán T.

34. Desbalances en Tensión y Corrección de Factor de Potencia A.- Compensación Ideal Mediante Redes de Admitancia (Sist. 1 y 3) A5.- Susceptancias de Compensación en función de los valores instantáneos de Tensión y Corriente. • Se tratará de definir los valores de las susceptancias de compensación , y definidas anteriormente en función de los valores instantáneos de las tensiones y corrientes de la red. Esto es ver cual es el significado en términos de los valores instantáneos de tensión y corriente de Im{Ia} Dr. Luis Morán T.

35. Desbalances en Tensión y Corrección de Factor de Potencia A.- Compensación Ideal Mediante Redes de Admitancia (Sist. 1 y 3) • Fasorialmente la corriente de carga está definida por: • Pero: Dr. Luis Morán T.

36. Desbalances en Tensión y Corrección de Factor de Potencia A.- Compensación Ideal Mediante Redes de Admitancia (Sist. 1 y 3) • Siguiendo el desarrollo: • Donde: • La componente Iax=Im(Ia) es igual al valor instantaneo de la corriente Ia cuando: Dr. Luis Morán T.

37. Desbalances en Tensión y Corrección de Factor de Potencia A.- Compensación Ideal Mediante Redes de Admitancia (Sist. 1 y 3) • Otra forma de definir este instante es respecto a las tensiones fase-neutro de la red Va, esto es: • Para t=270°, se tiene Va=0 • Para t=270°, se tiene: Dr. Luis Morán T.

38. Desbalances en Tensión y Corrección de Factor de Potencia A.- Compensación Ideal Mediante Redes de Admitancia (Sist. 1 y 3) • Por lo tanto: • De igual forma para ib Dr. Luis Morán T.

39. Desbalances en Tensión y Corrección de Factor de Potencia A.- Compensación Ideal Mediante Redes de Admitancia (Sist. 1 y 3) • Así: • Por lo tanto: • Como: Dr. Luis Morán T.

40. Desbalances en Tensión y Corrección de Factor de Potencia A.- Compensación Ideal Mediante Redes de Admitancia (Sist. 1 y 3) • Se tiene: • Cuando: • Usando la tensión Vb como referencia: • Para t=30°, se tiene Vb=0 Dr. Luis Morán T.

41. Desbalances en Tensión y Corrección de Factor de Potencia A.- Compensación Ideal Mediante Redes de Admitancia (Sist. 1 y 3) • Esto implica que: • De igual forma para Im{h2Ic}: Dr. Luis Morán T.

42. Desbalances en Tensión y Corrección de Factor de Potencia A.- Compensación Ideal Mediante Redes de Admitancia (Sist. 1 y 3) • Siguiendo lo anterior: Dr. Luis Morán T.

43. Desbalances en Tensión y Corrección de Factor de Potencia A.- Compensación Ideal Mediante Redes de Admitancia (Sist. 1 y 3) • La expresión: • Es igual a ic(t) cuando: • Usando la tensión Vc como referencia: Dr. Luis Morán T.

44. Desbalances en Tensión y Corrección de Factor de Potencia A.- Compensación Ideal Mediante Redes de Admitancia (Sist. 1 y 3) • Para t=150°, se tiene Vc=0 • Además: • La expresión siguiente se tiene: Dr. Luis Morán T.

45. Desbalances en Tensión y Corrección de Factor de Potencia A.- Compensación Ideal Mediante Redes de Admitancia (Sist. 1 y 3) • Finalmente podemos expresar las susceptancias de compensación en función de los valores instantáneos de tensión y corriente. Dr. Luis Morán T.

46. Desbalances en Tensión y Corrección de Factor de Potencia A.- Compensación Ideal Mediante Redes de Admitancia (Sist. 1 y 3) • Estas expresiones indican que los valores de susceptancias del compensador pueden calcularse muestreando las corrientes de línea de la carga cada vez que se produce un cruce por cero de la tensión fase-neutro de la red y la tensión tiene pendiente positiva. • Como las tensiones están desfasadas en 120°, esto significa que el valor de la susceptancia del compensador se actualiza una vez cada 6.7 [ms] en un sistema de 50[Hz]. Dr. Luis Morán T.

47. Regulación en Tensión A.- Compensación de Carga • La compensación de sistemas eléctricos, es utilizada principalmente para mejorar variables eléctricas permitiendo así: • Aumentar los niveles de tensión en las barras de llegada. • Mejorar del factor de potencia . • Reduce pérdidas (Por conducción de energía). • Etc. • Lo que se traduce en incrementos de la potencia transmitida en los sistemas y un mejor grado de utilización de las instalaciones. Dr. Luis Morán T.

48. Regulación en Tensión A.- Compensación de Carga • Existen diferentes formas de compensar potencia reactiva en los sistemas eléctricos, tales como la compensación: • Shunt • Serie • Compensador estático (Basados en Electrónica de potencia y con un auge cada vez mayor). Dr. Luis Morán T.

49. Regulación en Tensión A.- Compensación de Carga • Se utilizará un sistema de transmisión radial para comparar las diferentes formas de compensación, como el mostrado en la siguiente figura. • Diagrama fasorial que rigue el sistema Dr. Luis Morán T.

50. Regulación en Tensión A.- Compensación de Carga • La regulación en tensión que presenta el sistema se calcula empíricamente por: • La Caída de tensión producto de la corriente que circula por la línea, se observa del diagrama fasorial. • La Corriente que circula por la línea en función de la carga conectada Dr. Luis Morán T.