Efecto de conectar Bancos de Condensadores en un Sist. Eléctrico Minero


    En un sistema eléctrico se encuentran frecuentemente dos problemas típicos como son :
     
  1. Un bajo factor de potencia y
     
  2. Armónicas en la red producto de cargas que consumen corrientes no-sinusoidales.
     
    La solución ampliamente utilizada para compensar la potencia reactiva es el uso de bancos de condensadores. Desafortunadamente, esta solución presenta los siguientes inconvenientes:
  • Los bancos de condensadores, al interactuar con la red forman un circuito R-L-C, lo que produce resonancias con frecuencias naturales dependientes de las componentes inductivas y capacitivas del circuito.
     
  • Debido a la existencia de corrientes armónicas, los modos naturales del sistema pueden ser excitados por alguna componente armónica cuya frecuencia esté cerca o coincida con este modo natural, produciéndose una severa amplificación de voltajes y corrientes, pudiendo incluso llegar a quemar algunos equipos.
     
    La resonancia que se produce al interactuar el banco de condensadores con el sistema no es problema en sí. La dificultad se presenta cuando la frecuencia de resonancia es excitada.
     
    En las Figura Nº1 se muestra la impedancia (módulo) de barra v/s frecuencia de un sistema eléctrico minero. En ésta gráfica se puede apreciar que existe una resonancia en torno a la armónica 12, lo cual significa que van a existir amplificaciones de las armónicas de tensión cercanas a este punto, es decir armónicas 11, 12 y 13. Esta amplificación se debe a que los voltajes armónicos se calculan como:
     
    Vh=Zh*Ih, donde Vh, Zh e Ih corresponden a voltajes, impedancias y corrientes armónicas, respectivamente.
 

Figura Nº1: Impedancia de barra bajo condiciones iniciales (sin bancos de condensadores)
 
    En los sistemas eléctricos de la minería es común la utilización de equipos rectificadores. Estos equipos inyectan corrientes armónicas 5, 7, 11, 13, 17,...etc.. Por lo tanto, como la resonancia del sistema está en torno a la armónica 12, para niveles bajos de potencia de los rectificadores se presentarán grandes distorsiones individuales de voltaje en las armónicas 11 y 13. Aumentando también el valor de distorsión armónica total de voltaje de barra (THDv). La consecuncia práctica de este aumento podría ocasionar problemas en el sistema como por ejemplo: quema de fusibles y equipos, accionamientos falsos de relés y/o protecciones, etc.
     
    Para instalar bancos de condensadores en el sistema, se debe tener cuidado en la variación que se va a producir en la resonancia de la barra. Puesto que, si la resonancia llegará a coincidir con alguna armónica inyectada por los equipos contaminantes, se podría tener mayores dificultades que en un comienzo. En este caso, se instalaron bancos de condensadores que provocaron un corrimiento de las resonancias en torno a las armónicas 3 y 26, con lo cual se evita cualquier problema de amplificación de voltajes armónicos (ver Figura Nº2).

Figura Nº2: Impedancia de barra bajo condiciones finales (con bancos de condensadores)
 

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