Manual Regulador Rev02 Espa
65
LO QUE INTERESA CONOCER RESPECTO DE LOS REGULADORES DE TENSIÓN MONOFÁSICOS CON 32 ESCALONES NORMAS DE REFERENCIA NBR 11809/1192: "REGULADORES DE TENSÃO" - REGULADORES DE TENSIÓN ANSI C.57.15/1986 – "TERMINOLOGY, AND TEST CODE FOR STEP – VOLTAGE AND INDUCTION – VOLTAGE REGULATORS" - TERMINOLOGIA Y PROCESOS DE ENSAYOS DE REGULADORES DE TENSIÓN - PASATAPAS Y DE INDUCCIÓN
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LO QUE INTERESA CONOCER RESPECTO DE LOSREGULADORES DE TENSIÓN MONOFÁSICOS
CON 32 ESCALONES
NORMAS DE REFERENCIA
NBR 11809/1192: "REGULADORES DE TENSÃO" - REGULADORES DETENSIÓN
ANSI C.57.15/1986 – "TERMINOLOGY, AND TEST CODE FOR STEP –VOLTAGE AND INDUCTION – VOLTAGE REGULATORS" -TERMINOLOGIA Y PROCESOS DE ENSAYOS DE REGULADORES DETENSIÓN - PASATAPAS Y DE INDUCCIÓN
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FICHA TÉCNICA:
Elaboración técnica y concepción : Reginaldo Lana Pimentel
Digitación : Patrícia Barcelos e Lourdes França
Planos : Alexsandro Vítor
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS:
NBR 11809/1992: "REGULADORES DE TENSÃO" - REGULADORES DE
TENSIÓN
ANSI C.57.15/1986 – "TERMINOLOGY, AND TEST CODE FOR STEP-
VOLTAGE AND INDUCTION-VOLTAGE REGULATORS" - TERMINOLOGIA Y
PROCESOS DE ENSAYOS DE REGULADORES DE TENSIÓN PASATAPAS Y
DE INDUCCIÓN
"ABC DOS REGULADORES DE TENSÃO" - ABC DE LOS REGULADORES DE
TENSIÓN – CESP
"ESTUDO DA DISTRIBUIÇÃO" - ESTUDIO DE LA DISTRIBUICIÓN - ED-1.2
DEZ/1978 (CORRECCIÓN DE LOS NÍVELES DE TENSIÓN EN REDES DE
DISTRIBUICIÓN AÉREAS DE CEMIG)
"ESTUDO DA DISTRIBUIÇÃO" - ESTUDIO DE LA DISTRIBUICIÓN ED-1.9
(PLANEAMIENTO DE LOS ALIMENTADORES DE CEMIG)
3
ÍNDICE
1. Introducción............................................................................ 5
2. Esquema básico de la transmissión y distribuición de laenergia eléctrica .................................................................... 6
3. Principio de funcionamiento ................................................... 7 3.1. Funcionamiento como elevador.................................................... 7 3.2. Funcionamiento como rebajador................................................... 8
4. Forma constructiva del regulador............................................ 8 4.1. Funciones del reactor ................................................................... 9 4.1.1. Divisor de tensión................................................................ 9 4.1.2. No permitir la interrupción del circuito en la conmutación.. 10 4.1.3. Limitar la corriente circulante ............................................. 10 4.2. Bobinado de equalización............................................................. 13
5. Tipos de reguladores............................................................... 20 5.1. Tipo A ........................................................................................... 20 5.2. Tipo B ........................................................................................... 20 5.3. Cálculo de corrientes..................................................................... 21 5.3.1. Regulador tipo A.................................................................. 21 5.3.2. Regulador tipo B.................................................................. 22 5.3.3. Análisis comparativa entre regulador tipo A x Tipo B ........ 24
6. Tipos de conexiones en banco de reguladores ........................ 26 6.1. Conexión en estrella ..................................................................... 26 6.2. Conexión en delta cerrado............................................................ 28 6.3. Conexión en delta abierto ............................................................ 30
7. Reguladores padronizados por la Norma NBR 11809/1192 ..... 33
8. Dimensionamiento del regulador ............................................ 34
9. Localización de bancos de reguladores .................................. 35
4
10. Funcionamiento del regulador .............................................. 35
11. Ajuste del sistema de control (Relé Regulador) ...................... 36 11.1. Ajuste del valor de referencia de tensión.................................... 37 11.2. Ajuste de insensibilidad (Anchura de faja) ............................... 37 11.3. Temporización............................................................................. 38 11.4. Compensador de caída de tensión en la línea .......................... 38
11.5. Ajuste de la capacidad de conducción de corriente (“LoadBonus”) ....................................................................................... 39
11.6. Limitador de tensión................................................................... 40 11.7. Detector de flujo inverso de potencia ......................................... 40 11.8. Comunicación via notebook y automación................................... 4212. Ajuste del compensador de caída en la línea ....................... 42
12.1. Ajuste de la compensación de caída en la línea para los tipos de ligaciones de los reguladores .............................................. 44 12.2. Ejemplos de cálculo ................................................................... 56
13. Aplicación de los reguladores en el planeamiento dealimentadores de distribuición............................................. 60
13.1. Recomendaciones..................................................................... 60 13.2. Software utilizado..................................................................... 61
5
REGULADOR DE TENSIÓN MONOFASICO CON 32 ESCALONES
1. INTRODUCCIÓN
La aplicación de reguladores de tensión en los sistemas de distribuición de
energia eléctrica tuve inicio en la década de 40, en los países desarrollados.
Principalmente en los EUA, en función de su gran extensión territorial, adonde
los centros de consumo estan dispersos por vastas áreas, lejas de los puntos de
generación, y agregado a esto, el aparecimiento de gran cantidad de nuevos
aparejos electroelectrónicos, sensibles a las oscilaciones de tensión, hice
incrementaren los reclamos de los consumidores, que pasaron a exigir buena
calidad en la distribuición de energia eléctrica. Debido a esto, hoy encuentranse
instalados en varios puntos de aquel país dezenas de millares de reguladores,
suministrando a los puntos de consumo una regulación de tensión adecuada y
proveendo calidad al suministro de energia. Eso trae por lo menos tres
consecuencias benéficas:
Satisfación del consumidor;
Reducción de las pérdidas en la distribuición;
Incremento de la facturación de las concessionárias de energia eléctrica.
El Brasil presenta cierta similaridad con los EUA, en lo que refirese al espazio
territorial, lo que viabiliza la utilización de los reguladores de tensión. Estes
tienen gran aceptación por parte de las concessionárias, por razones económicas,
de simplicidad y versatilidad. Además, hoy hay reguladores de tensión totalmente
fabricados en Brasil, lo que elimina los problemas de obtención de piezas de
reposición verificados hasta 1986, cuando tales equipamientos eran total o en
parte (cambiador de tomas bajo carga) importados de los EUA.
6
2. ESQUEMA BÁSICO DE LA TRANSMISIÓN Y DISTRIBUICIÓN DE LAENERGIA ELÉCTRICA
FIGURA 1
Línea de transmisión dealta tensión
Regulador detensión
monofasico
Transformadorde
poste
TransformadorElevador
TransformadorRebajador
FuenteGeneradora
HastaHasta
Residencia
Generador
7
3. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
El principio de funcionamiento és similar al de un autotransformador, o sea,
existe, además del acoplamiento magnético entre el primario y el secundario, un
acoplamiento eléctrico, conforme la figura abajo:
FIGURA 2
Existen dos maneras de ejecutarmos la ligación eléctrica entre el primario y el
secundario, tornando el autotransformador elevador o rebajador:
3.1. Funcionamiento como elevador
FIGURA 3
8
3.2. Funcionamiento como rebajador
FIGURA 4
És la polaridad de los bobinados que determina la ligación eléctrica para
autotransformador funcionar como rebajador o elevador.
Luego, vamos agregar una llave inversora de polaridad en el circuito, para
posibilitar que el autotransformador funcione como elevador y rebajador:
FIGURA 5
4. FORMA CONSTRUCTIVA DEL REGULADOR
Agregando tapes al bobinado “C”, pasamos a tener escalones de tensión.
FIGURA 6
9
Luego si la carga estubier ligada en el tape 1, y si necesitarmos cambiar su
ligación para el tape 2 teneremos de interrumpir el circuito, o sea, desligar el
regulador.
Para que eso no ocurra, la solución és agregar un reactor al circuito, porque
mientras una de las extremidades (piernas) del reactor viaja para el tape 2, la
alimentación de la carga hacese por medio de la otra extremidad del reactor.
FIGURA 7
4.1. Funciones del reactor
Vamos considerar para mejor detallamiento del circuito del reactor, un pedazo del
bobinado “C”.
4.1.1. Divisor de tensión
Considerando el reactor en la posición 0 (neutra):
FIGURA 8
10
Vamos ahora para:
FIGURA 9
La tensión aplicada a los terminales del reactor és Vd, pero la tensión en la carga
incrementará o disminuirá en la proporción de 2Vd , debido al tape central, lo que
aclara el reactor ser un divisor de tensión.
4.1.2. No permitir la interrupción del circuito en la conmutación
Analisando el circuito anterior, cuando “B” salir del tape 0, y estubier viajando
para el tape 1, la energización del circuito hacese por medio de “A”, conforme ya
aclarado anteriormente.
4.1.3. Limitar la corriente circulante
FIGURA 10
11
Al ser aplicada la tensión Vd en los terminales del reactor, circula una corriente
circulante, IC, y esta corriente debe ser limitada para que no ocurra el desgaste
excesivo de los contactos del conmutador y la vida útil de los mismos sea
mantenida.
La determinación del limite de la corriente circulante en el reactor originase del
principio de la extinción de arco en un circuito conforme abajo:
FIGURA 11
De adonde obtenemos las siguientes equaciones:
VR = 2Vb – Vd
IR = CL II −21
Al partir de este punto, desarrollose estas equaciones y concluese que el reactor
debe ser proyectado para:
IC = 50% IL
La tolerancia para el ensayo de corriente circulante és de ± 20%.
El núcleo del reactor tiene de 1 a 2 Gapes que son dimensionados para que la
corriente circulante establecese dentro de los parámetros anteriores.
Estes Gapes son llenados con fenolite o premix. Sin embargo, al largo de la vida
útil del regulador, el gape puede incrementar o disminuir debido a las vibraciones
y/o temperatura y la calibración de la corriente no corresponder a los parámetros
anteriores:
12
Sigue un ejemplo de recalibración del reactor:
Regulador:
HCMR – 60Hz – 138kVA (1380 kVA) – 13800V ± 10% (32 escalones) – 100A.
Proyecto ⇒ IC = 0,5 x 100 = 50A ± 20%
Sitio ⇒ Suponendo: IC = 70 A
Medindo el Gape = 2 x 10,5 = 21mm
Para recalibrar hacese la proporción directa:
70 A - 21mm
50 A - X
X = 15mm ⇒ 2 x 7,5mm
El reactor presenta la característica de posibilitar la circulación de la corriente de
carga, IL, libre por el, no constituindo impedáncia para esta corriente. Esto ocurre
debido al tape central, que promove la circulación de la mitad de IL por un lado
del reactor (A) y la otra mitad de IL por otro lado del reactor (B), conforme si sigue:
FIGURA 12
De acuerdo con la figura anterior, tenemos que los flujos magnéticos, 2Lφ , creados
por la corriente, 2LI , anulanse, lo que en un circuito inductivo significa que la
13
tensión inducida en el bobinado del reactor debido a la circulación de la corriente
de carga és cero ⇒ Vinducida = N 0=dtdφ
4.2. Bobinado de equalización
Analisando los circuitos abajo:
Circuito A: Como no existe tensión aplicada sobre el reactor ⇒ IC = 0.
FIGURA 13
Circuito B: Como existe tensión aplicada sobre el reactor ⇒ IC ≠ 0.
FIGURA 14
14
La alternáncia de la corriente circulante de cero (circuito A) para el valor 50% IL
(circuito B) durante las conmutaciones del regulador, causaria un elevado
desgaste de los contactos del conmutador debido al Ldtdi , o sea, la taja de
variación de corriente de cero para 50% seria elevada, lo que causaria el
incremiento de la tensión de arco y consecuentemiente de la poténcia de arco.
Para resolvir este problema y mantener la corriente circulante en el reactor
constante en 50% IL independente de la posición del conmutador, agregandose el
bobinado de equalización al circuito del reactor conforme si sigue:
FIGURA 15
El bobinado de equalización localizase en la parte ativa del transformador
principal del regulador. Lo que permite que este bobinado sea un elemento activo,
o sea, una fuente de tensión, en el circuito del reactor, cuando el mismo estubier
en la condición del circuito “A”. Siendo asi, analisando el circuito a siguir,
percebise que la corriente circulante en esta condición cambia de sentido, pero si
mantiene en módulo.
FIGURA 16
15
FOTOGRAFÍA 1 – PARTE ACTIVA DEL REGULADOR
16
FOTOGRAFÍA 2 – CONMUTADOR DEL REGULADOR
17
FOTOGRAFÍA 3 – REACTOR DEL REGULADOR
18
FOTOGRAFÍA 4 – BOBINADO PRINCIPAL DEL REGULADOR
19
FOTOGRAFÍA 5 – TRANSFORMADOR DE CORRIENTE DEL REGULADOR
20
5. TIPOS DE REGULADORES
Los tipos de regulador por escalones conforme NBR 11809 – Item 3.10, son:
5.1. Tipo A
És llamado de regulador con excitación variable, una vez que el bobinado de
excitación, B, percibi cualquier variación de tensión de la fuente. Luego, el EspiraVolt
de este regulador és variable.
FIGURA 17
5.2. Tipo B
És llamado de regulador de excitación constante, una vez que el bobinado de
excitación, B, si localiza en el lado de carga, no percibiendo variaciones de
tensión. Luego el EspiraVolt de este regulador és constante.
FIGURA 18
21
5.3. Cálculo de corrientes
Vamos utilizar como referencia para este cálculo el regulador 13800V ± 10% -
100A.
5.3.1. Regulador Tipo A
5.3.1.1. Elevador (R16)
FIGURA 19
B
C
C
B
II
VV
= , adonde:
VB, IB, VC, IC: Tensión y corriente en los bobinados B y C, respectivamente.
Luego:
B
C
II
=138013800
⇒ IC = 10 IB
Aún: IF = IB + IL e IC = IL
22
Entonces: 1) AIIII LBBL 10
10100
1010 ===⇒=
2) IF = IB + 100 = 10 + 100 = 110 A
Rebajador (L16)
FIGURA 20
Luego: IC = 10IB
IF = - IB + IL
Entonces: IB = 10A
IF = 90A
5.3.2. Regulador Tipo B
5.3.2.1. Elevador (R16)
FIGURA 21
23
Luego:
B
C
II
=138013800
⇒ IC = 10 IB
Aún: IF = IB + IL e IF = IC
Entonces: 1) LC
C II
I +==10100
10
IC – 0,11C = 100
0,91C = 100
IC = A1,1119,0
100=
2) IB = 11,1A
5.3.2.2. Rebajador (L16)
FIGURA 22
Luego: 1) IC = 10 IB
2) IF = - IB + IL
Entonces: 1) 10010
+−= CC
II
1,1 IC = 100
IC = 90,9A
24
5.3.3. Análisis comparativa entre regulador tipo A x tipo B
5.3.3.1. La regulación del tipo A és de + 9,1% hasta – 11% y la del tipo B és de ±
10%.
5.3.3.1.1. La regulación del tipo A és obtenida al siguir:
TENSIÓN EN LA FUENTE (V) TENSIÓN EN LA CARGA (V)
13800 13800
(- 10%) = 12420 (12420 + 1242) = 13662
(+ 10%) = 15180 (15180 – 1518) = 13662
12544 13800
15332 13800
TABLA 1
Concluyendo:
%1,9Re%0,90%1001380012544
+⇒= gulax
%1,11Re%1,111%1001380015332
−⇒= gulax
5.3.3.1.2. La regulación del tipo B és obtenida al siguir:
TENSIÓN EN LA FUENTE (V) TENSIÓN EN LA CARGA (V)
13800 13800
(- 10%) = 12420 (12420 + 1380) = 13800
(+10%) = 15180 (15180 – 1380) = 13800
TABLA 2
Concluyendo:
%10Regula%0,90%1001380012420
+⇒=x
%10Regula%110%1001380015180
−⇒=x
La conclusión ésque este reguladorno consegui regular± 10%.
25
5.3.3.2. El tipo B presenta mayores pérdidas.
Analisando la tabla abajo:
TIPO A TIPO B
IF (A) 110 111,1
IC (A) 100 111,1R16
IB (A) 10 11,1
IF (A) 90 90,9
IC (A) 100 90,9L16
IB (A) 10 9,09
TABLA 3
Concluese que, como la IC és 11,1% mayor en el regulador tipo B si comparada al
tipo A, las pérdidas en el arrollamiento “C” son 23% mayores que en el tipo "A".
Luego el tipo B tiende a ser un regulador mayor porque necesita más radiadores
para su refrigeración.
5.3.3.3. El tipo “B” tiene solamente un TP para alimentar el relé y el motor del
conmutador. El tipo “A” tiene 2 TP’s, un para el relé y otro para el
motor.
FIGURA 23 – TIPO “A”
26
FIGURA 24 – TIPO “B”
6. TIPOS DE CONEXIONES EN BANCO DE REGULADORES
6.1. Conexión en Estrella
FIGURA 25
27
FIGURA 26
Suponiendo los reguladores elevando en +10%.
El diagrama fasorial queda como abajo:
FIGURA 27
La recomendación és que si el banco de reguladores fuer ligado en estrella,
necesariamiente la fuente sea también en estrella, para que la corriente de
neutro, debido a posibles desequilibrios de carga del banco tenga camino cerrado
para la tierra y por tanto para la fuente.
Llave by pass
Llave de la fuente
Llave de la carga
Llave by pass
Llave de la fuente
Llave de la carga
Llave by pass
Llave de la fuente
Llave de la carga
28
FIGURA 28
Atención: Recomendase que la resistencia de puesto a tierra debe ser menor que
20 Ohms.
Caso la fuente sea en delta, e el banco de reguladores en estrella, el neutro virtual
de la ligación estrella si dislocará caso la carga sea desequilibrada, y el banco de
reguladores entrará en una avalancha de conmutaciones. Generalmente en el
banco, algunos reguladores iran para la posición de máximo de elevar y otro(s)
para el máximo de rebajar.
6.2. Conexión en Delta Cerrado
FIGURA 29
29
FIGURA 30
Suponendo los reguladores de 13800V, elevando en +10%.
→ = 13800 x 0,1 = 1380
→ = 13800V
FIGURA 31
Luego:
Sen 60º = 1195'1380
'=⇒ CC
Cos 60º = 690'1380
'=⇒ BB
FIGURA 32
Llave by pass
Llave de la fuente
Llave by pass
Llave by pass
Llave de la fuente
Llave de la fuente
Llave de la carga
Llave de la carga
Llave de la carga
30
Entonces:
A = ( ) ( )22119515870 +
A = 15915V
Regulación (%) = %1151380015915
=
FIGURA 33
6.3. Conexión en delta abierto
FIGURA 34
LA REGULACIÓN DEL BANCO LIGADO ENDELTA CERRADO ÉS DE ± 15%
31
FIGURA 36
Línea by pass
Llave de la fuente
Llave de la carga
Llave by pass
Llave de la fuente
Llave de la carga
Llave de la línea
Llave de la carga
32
Luego:
Cos 60º = 690'1380
'=⇒ XX
A = 13800 + 2X = 15180
Regulación (%) = %1101380015180
=
FIGURA 37
Esta ligación és ventajosa cuando tratarse de ligación en cascada, con eso se
pone 2 reguladores en cada punto de la cascada, economizando 1 regulador. Se
recomenda utilizar de 3 y el máximo de 4 bancos de reguladores en cascada,
debido a los problemas de posibles sobretensiones en el sistema cuando del
cerramiento de los religadores.
LA REGULACIÓN DEL BANCO LIGADO ENDELTA ABIERTO ÉS DE ± 10%
33
7. REGULADORES PADRONIZADOS POR LA NORMA NBR 11809/1992
Tensiónnominal delsistema (V)
Tensiónnominal delregulador (V)
Ligación delbanco de
reguladores
Nível básicode impulso
Poténcianominal delregulador
Corriente delínea (A)
4160 2400
Estrella conneutro
puesto atierra
60
5075100125167250
2003004005006681000
8320 4800
Estrella conneutro
puesto atierra
75
5075100125167250333
100150200250334500668
13200 7620
Estrella conneutro
puesto atierra
95
38,157,276,2114,3167250333416509
5075100150219328438546668
13800 13800 Delta 95
69138207276414552
50100150200300400
24940 14400
Estrella conneutro
puesto atierra
150(tensiónaplicada= 50kV)
72144216288333432576667833
50100150200231300400463578
34500 19920
Estrella conneutro
puesto atierra
150(tensiónaplicada= 50kV)
100200333400667833
50100167201334418
TABLA 4
34
8. DIMENSIONAMIENTO DEL REGULADOR
Utilizando la tabla anterior vamos ejemplificar como dimensionar un regulador:
Carga de 10MVA;
Tensión de la regulación: 13800V;
Fuente en estrella con resisténcia de puesto a tierra menor que 20 Ohms;
Ligación del banco en estrella.
Para eso, la corriente és:
I = AkVxkVA 4188,133
10000=
La tensión nominal del regulador debe ser:
VN = V79673
13800=
Analisando la tabla anterior, escojemos el regulador de 333kVA – 7620V – 438A,
y con tensión adicional 7967V.
35
9. LOCALIZACIÓN DE BANCOS DE REGULADORES
FIGURA 38
La faja admitida por la resolución del DNAEE és que la tensión estea entre –7,5%
hasta + 5%.
10. FUNCIONAMIENTO DEL REGULADOR
FIGURA 39
El arrollamiento 1, llamado de arrollamiento de excitación (arrollamiento B),
induce una tensión en el arrollamiento 2 (arrollamiento C), también conocido por
arrollamiento de tapes o de regulación. En la figura 39, el TP4 (transformador de
potencial) instalado del lado de la carga envia un señal para el relé regulador de
Transmisión Substación Distribution
Punto de instalación del bancode reguladores
Perfil de tensión despuésde la instalación del banco
de reguladores
Perfil de tensión despuésde la instalación del banco
de reguladores
Tens
ión
perc
entu
al c
om c
arre
gam
ient
o m
axim
o
36
tensión que posiciona los terminales A y B del reactor 3 en la posicióno adecuada
para mantener la tensión en la carga constante. La llhave inversora de polaridad
mostrada en la fotografía 6 determinará si el regulador elevará o disminuirá la
tensión, siendo que su control és hecho por el relé regulador. El TC5
(transformador de corriente) instalado del lado de la carga enviará al relé
regulador un señal de cargamiento de la línea, posibilitando la compensación de
caídas de tensión que ocurran en el sistema.
11. AJUSTE DEL SISTEMA DE CONTROL (RELÉ REGULADOR)
El sistema de control de los reguladores monofásicos permite obtener gran
versatilidad del equipamiento cuando en operación. Normalmente los reguladores
son suministrados con los siguientes controles.
FOTOGRAFÍA 6 – RELÉ REGULADOR DE TENSIÓN
37
11.1. Ajuste del valor de referencia de tensión
Conforme ya describido en el item 10, existe en los reguladores por escalones un
TP (transformador de potencial) instalado en el lado de la carga que provee una
muestra de la tensión de la carga. Normalmente el valor de la tensión del
secundário de este TP és 120V, y cuando el regulador está con tensión nominal
aplicada en el primário del TP, el sensor de tensión del relé regulador tiene la
finalidad de comparar la tensión proveida por el TP con la tensión de referencia
ajustada. Luego, suponendose que esta sea de 120V, si hubier un cambio, para
más o para menos, de la tensión proveida por el TP, el relé regulador comandará
el conmutador de manera a ajustar del lado de la carga hasta que si tenga 120V
en el secundário del TP, y consecuentemente, la tensión nominal en el lado de la
carga.
Caso haya la necesidad de operación en sistemas con tensión nominal diferente
de la tensión del regulador, puedese actuar en este control para adecuar el
funcionamiento. Suponendo que teneremos un banco de reguladores cuya
tensión nominal fuera 7620V y necesitasemos conectalo en sistema estrella
puesto a tierra con tensión entre fases de 13800V. Luego, la tensión entre fase y
tierra seria 13800/ 3 =7967V. La relación del TP seria 7620V/120V = 63,5.
De esta manera, puedese cambiar el valor de la tensión de referencia para 125V
para que el regulador pase a funcionar con una tensión de 7967V. Debese
observar que algunos fabricantes suministran el regulador con posibilidad de
funcionamiento en tensiones diferentes de la nominal, siendo que eso basta para
cambiar las ligaciones en el control o actuar en las llaves, y utilizar otros
recursos.
11.2. Ajuste de insensibilidad (anchura de faja)
Este ajuste determina la faja de precisión, al partir de la tensión de referencia,
dentro de la cual el regulador considera que no hay necesidad de conmutación.
Normalmente los reguladores son suministrados con anchura de faja de 1,5 hasta
6V o ± 0,6% hasta 6% de la tensión de referencia.
38
FIGURA 40
11.3. Temporización
La finalidad de la temporización és evitar conmutaciones desnecesarias en
función de variaciones rápidas de tensión. Sin ella ocurreria un número excesivo
de conmutaciones, provocando desgaste mecánico acelerado del conmutador. De
esa manera, la corrección de tensión ocurre solamente para las variaciones de
tensión cuyas intensidades estean fuera de los valores ajustados por la tensión de
referencia y anchura de faja, y por período mayor que el determinado en la
temporización. La faja de temporización normalmente suministrada és de 10
hasta 120 segundos, con incrementos de 10 segundos.
Este control presenta una otra función también importante, que és la
coordinación de dos o más reguladores de tensión ligados en cascada; lo más
próximo a la fuente debe responder lo más rápido a las variaciones de tensión
para evitar un número de operaciones excesivas de los demás reguladores.
Normalmente, el regulador más próximo de la fuente tiene la temporización
ajustada en 30 segundos y los demás en 45 segundos, en incrementos de 15
segundos para cada banco en cascada.
11.4. Compensador de caída de tensión en la línea
Este és un componente que simula la impedancia de la línea desde el banco de
reguladores hasta el punto adonde si desea que la tensión sea constante. El
circuito básico del compensador simula las caídas de tensión existentes en la
línea, haciendo con que el regulador las compense.
39
El secundário del TP, que provee la muestra de la tensión del lado de la carga, és
ponido en série con un circuito cuyas resistencia e inductancia son imagens de la
resistencia e inductancia de la línea. Cuando el regulador és sometido a la carga,
circula en el TC una corriente proporcional al cargamiento, y asi surge una caída
de tensión en RC y XC proporcional a la caída de tensión de la línea.
En este caso, la tensión “vista” por el relé regulador és la tensión del secundário
del TP menos la caída provocada por el compensador. Luego el relé posicionará el
regulador de manera a restablecer el equilibrio entre la tensión que ele “mira” y la
tensión de sallida del regulador. Asi, esta tensión de sallida és mayor que aquella
considerada para el sistema, pero, debido a la caída de tensión en la línea, la
tensión en la carga permanecerá constante. En el próximo capítulo abordaremos
el ajuste del compensador de caída en la línea.
FIGURA 41
11.5. Ajuste de la capacidad de conducción de corriente ("Load Bonus")
El regulador de tensión permite el incremento de la corriente pasante (incremento
de carga) con la reducción de la faja de regulación. La faja de regulación máxima
normalizada és de ± 10%, pero existen en el regulador ajustes capazes de limitar
esta faja en los siguientes puntos: ± 10%, ± 8,75%, ±7,5%, ± 6,25% y ± 5,0%. La
actuación de este control hace con que el conmutador de tomas bajo carga sea
bloqueado automaticamente al atingir la tensión de la faja de regulación
ajustada.
Nota: La corriente de "Load Bonus" debe ser limitada en 668 A, conforme NBR
11809/1992.
40
Faja de regulación
de tensión (%)
Corriente suplementar (%
de la corriente nominal)
10,0 100
8,75 110
7,5 120
6,25 135
5 160
TABLA 6 – Incremento de corriente respecto a la faja de regulación de la tensión –
conforme norma NBR 11809/1192.
11.6. Limitador de tensión
Los reguladores de tensión son generalmente instalados en circuitos con cargas
distribuídas al largo de la línea. En el caso de utilización del compensador de
caída en la línea, las cargas inmediatamente después del regulador de tensión
quedan sometidas a tensiones inadecuadas.
Para proteger estas cargas és recomendable la utilización del limitador de tensión.
Este limitará la tensión en la sallida del regulador dentro de un valor
preestablecido, de manera a no perjudicar los consumidores próximos.
FIGURA 42 – Cuando utilizado el compensador de caída de tensión en la línea, las
cargas próximas al regulador quedan sujetas a tensiones
inadecuadas.
11.7. Detector de flujo inverso de potencia
Los reguladores de tensión son generalmente instalados en circuitos con flujo de
potencia unidireccional (fuente-carga). Como, entretanto, algunos circuitos son
del tipo “anillo”, puede ocurrir la inversión del flujo de carga.
41
Cuando de la ocurrencia de este fenómeno, el regulador tenerá un
comportamiento inadecuado, pudiendo causar sobretensiones o subtensiones en
el circuito ligado al terminal fuente del regulador.
Para proporcionar una operación adecuada y segura en estas condiciones el relé
regulador tiene un “detector de flujo inverso de potencia”. Este és capaz de
detectar automaticamente la inversión del flujo y hace las siguientes alteraciones
en el funcionamiento del regulador, de manera a adecuar su operación:
Inversión en el sentido de rotación del motor del conmutador bajo carga;
Conexión del relé regulador a un TP (opcional) instalado en el lado de la fuente
del regulador;
Inversión de la polaridad del compensador de caída en la línea.
Si el fluxo inverterse nuevamente para el sentido normal, el relé automaticamente
hace los cambios necesarios al circuito, de manera a adecualo a su
funcionamiento normal. Debese sin embargo, atentar para no aplicar este
acesorio cuando exista posibilidad de funcionamiento de fuentes en paralelo,
como mostrado. En este caso no és recomendable la utilización del regulador de
tensión como acesorio interligador de los sistemas, una vez que cuando el flujo de
potencia fue indefinido podrá ocorrir instabilidad en el sistema de control del
regulador.
FIGURA 43 – Regulador aplicado a sistema con fuentes en paralelo.
42
11.8. Comunicación Vía Notebook y Automación
El relé o controle de fabricación Toshiba do Brasil S.A., TB-R800, posibilita la
comunicación de datos a través de un software, a ser sumiistrado junto con los
reguladores, para comunicación vía serial RS-232 cuando un notebook es
conectado al relé. A través de este software, si tiene acceso a datos como tensión
en la salia del banco de reguladores, corriente de carga, demanda máxima,
potencia ativa, potencia reactiva, potencia aparente, factor de potencia, tensión y
corriente en la salida del banco reflejida en el circuito del relé, alteración de
ajustes diversos, memoria de masa conteniendo datos como tensión de salida del
banco, corriente de carga, posición del cambiador de tapes en intervalos
ajustables de 1 en 1 minuto hasta 60 en 60 minutos, como requerido por el
usuario.
Este Relé posee dos protocolos para comunicación remota (automación): el
protocolo mod-bus y el DNP 3.0. La aplicación del protocolo depiende del receptor
que es de responsablidad del usuario. La automación puede ser hecha a través de
radio, satélite, fibra óptica y otros medios aplicables, siendo elegido por el
usuario. Para cada aplicación, el usuario debe especificar para a compra de los
reguladores, cual el medio de intercomunicación para automación para que el
fabricante pueda posibilitar que el proyecto del controle tenga condiciones para
tal aplicación.
OBS.: Algunas funciones descritas arriba pueden no estar disponibles en la fecha
de su presentación. Para compra, debe ser confirmada a posibilidad de
suministro.
12. AJUSTE DEL COMPENSADOR DE CAÍDA EN LA LÍNEA
FIGURA 44
43
Utilizando equaciones fundamentales de tensión, concluyemos de manera
sensilla que la caída de tensión en la línea referida al circuito de control és
donada por:
1) TP
LCC R
RIR =
2) TP
LCC R
XIX =
Adonde:
RL : Resistencia de la línea en Ohms, conforme tabla 7.
XL : Reactancia de la línea en Ohms, conforme tabla 7.
RC : Resistencia del compensador en Volts.
XC : Reatância do compensador em Volts
IC : Corriente nominal primária del TC (A)
OBS.: Para los reguladores Toshiba, la corriente primária del TC és idéntica a la
corriente nominal del regulador
La relación del TP és donada por:
RTP = 120
regulador del nominalTensión
Observando las equaciones (1) y (2) anteriormente, tenemos en comun el factor
TP delRelación IC , el cual definiremos como:
FC: Factor compensador de caída en la línea
Nota: Este factor depende solamente de los datos de placa del regulador.
44
12.1. Ajuste de la compensación de caída en la línea para los tipos de
ligaciones de los reguladores
12.1.1. Ligación monofásica
FIGURA 45
1,67 o 2xRI
FTP
CC =
Nota: El ajuste de FC en esta ligación depende de la puesto a tierra. El factor debe
ser de:
⇒ 2,0: para sistema aislado de la tierra;
⇒ 1,67: para sistema con neutro ligado a la tierra.
45
12.1.2. Ligación en estrella
FIGURA 46
Como la tensión del TP y de la carga estan conectadas de la fase para la tierra:
1xRI
FTP
CC =
12.1.3. Ligación en delta
FIGURA 47
46
Como la tensión del TP és entre fases, y de la carga és de la fase para la tierra:
1,73 xRI
FTP
CC =
Considerando el factor de potencia igual a 1,0, puedemos afirmar que:
1) La tensión de fase de un sistema monofásico y la corriente de carga estan en
fase;
2) Las tensiones de fase para neutro en un sistema de ligación estrella multi-
puesto a tierra estan en fase con las corrientes de carga correspondentes.
3) Las tensiones de fase para neutro en un sistema de ligación delta estan
desplazadas de 30º en relación a las corrientes de carga correspondentes.
Debido al desplaziamento entre tensión y corriente en la ligación en delta, és
necesario corregir los valores obtenidos para el compensador de caída en la línea
conforme los itens 12.1.3.1 y 12.1.3.2 al seguir:
12.1.3.1. Ligación en delta cerrado, considerando:
VA, VB, VC : Tensión entre fases
VAN, VBN, VCN : Tensión de fase para la tierra equivalente
IC : Corriente de carga
RL : Resistencia de la línea (Ohms)
XL : Reactancia de la línea (Ohms)
FP : Factor de potencia = 1,0
47
12.1.3.1.1. Regulador Atrazado
FIGURA 48
Tenemos que:
FIGURA 49
48
Analisando las figuras anteriores, podemos concluir que:
1) la tensión entre fases está adiantada de 30° en relación a la tensión
fase-neutro de la fase correspondiente.
2) Como el regulador es monofásico, o sea, la tensión fase-neutro es la
suya referencia, podemos falar que el regulador está atrasado.
Reflejando para el circuito del compensador de caída en la línea, puedemos
afirmar que:
CTP
CC
TP
CL XRI
RRIR
== L
X ;
Y sabendose que és sensillo demonstrar que para determinarmos la parcela de
incremento en el compensador basta multiplicarmos el módulo vector por el
módulo unitario con su desplaziamento, tenemos:
(RC + jXC) x 1 +30º
(RC + jXC) x (+ 0,866 + j0,5)
0,866RC + j 0,5RC + j 0,866XC - 0,5XC
Luego:
CCC XRR 5,0866,0:' −
CCC RXX 5,0866,0:' +
Siendo:
R’C: corrección de RC
X’C: corrección de XC
Después del cálculo de R’c e X’c, los valores positivos deben ser ajustados en la
llave de polaridad del controle con polaridad positiva y los valores negativos
debem ser ajustados en la llave de polaridad del controle con polaridad negativa.
49
12.1.3.1.2. Regulador Adelantado
FIGURA 48
Tenemos que:
FIGURA 49
120º
30º
VB
VC
30º
I LRVA
(FASE A)
VI C AN
WS
XCI
L
C
50
Analisando las figuras anteriores, podemos concluir que:
3) la tensión entre fases está atrasada de 30° en relación a la tensión fase-
neutro de la fase correspondiente.
4) Como el regulador es monofásico, o sea, la tensión fase-neutro es la
suya referencia, podemos falar que el regulador está adelantado.
Reflejando para el circuito del compensador de caída en la línea, puedemos
afirmar que:
CTP
CC
TP
CL XRI
RRIR
== L
X ;
Y sabendose que és sensillo demonstrar que para determinarmos la parcela de
incremento en el compensador basta multiplicarmos el módulo vector por el
módulo unitario con su desplaziamento, tenemos:
(RC + jXC) x 1 -30º
(RC + jXC) x (+ 0,866 - j0,5)
0,866RC - j 0,5RC + j 0,866XC + 0,5XC
Luego:
CCC XRR 5,0866,0:' +
CCC RXX 5,0866,0:' −
Siendo:
R’C: corrección de RC
X’C: corrección de XC
Después del cálculo de R’c e X’c, los valores positivos deben ser ajustados en la
llave de polaridad del controle con polaridad positiva y los valores negativos
debem ser ajustados en la llave de polaridad del controle con polaridad negativa.
51
12.1.3.2. Ligación delta abierto
12.1.3.2.1. Ligación con Fase “B” sin regulador
FIGURA 50
Se conclui que el regulador de la fase “C” es el atrasado y el de la fase “A” es el
adelantado. Los valores de R’c y X’c son los mismos demonstrados anteriormente
para el regulador atrasado y adelantado.
52
12.1.3.2.2. Ligación con Fase “C” sin regulador
FIGURA 51
Se conclui que el regulador de la fase “A” es el atrasado y el de la fase “B” es el
adelantado. Los valores de R’c y X’c son los mismos demonstrados anteriormente
para el regulador atrasado y adelantado.
Concluiemos que en las ligaciones en triángulo abierto, un regulador está
atrasado y el otro adelantado. Todavia, en el campo, a las veces, es difícil
determinar cual regulador está atrasado y cual está adelantado, para ajustar los
valores de R y X del compensador de caída en la línea. Sigue un teste prático para
determinarse la questión.
12.1.3.3. Teste para determinar si el regulador és retrasado o adelantado (ligación
en delta abierto).
Para determinar la relación de las fases en un sistema trifásico puede ser
utilizado el siguiente método. Este método és aplicable solamente con dos
reguladores ligados en delta abierto en sistema trifásico. Deberá existir una carga
53
suficiente en la línea mientras el teste estubier siendo hecho para activar
suficientemente el compensador de caída de la línea para si obtener resultados
positivos.
1. Ajuste el control de nivel de tensión en ambos los paneles en el mismo valor, o
sea 120 V.
2. Ponga la compensación de resistencia (R) en el cero en ambos los reguladores.
3. Ponga la compensación de reactancia (X) en ambos los paneles en valores
iguales y mayor que 15V.
4. Ajuste la llave de transferencia en la posición "Auto".
Después que los reguladores pararen, el regulador con la mayor tensión de
sallida (más próximo del Tape máximo), és el regulador en retrazo y el otro
regulador será el adelantado.
54
TABLA 7
RESISTENCIA Y REACTANCIA DE LÍNEA DE TRANSMISIÓN
55
Datos del Regulador
Ver la placa de característicasConexión del Circuito
Tensión de operación
del regulador (kV)
Corriente
nominal del
regulador
Monofásico
Delta Estrella
19,9
(166/1)
50
100
167
200
.60
1.20
2.02
2.40
.52
1.04
1.75
2.08
.30
.60
1.01
1.20
14,4
(120/1)
50
100
200
300
400
.83
1.67
3.34
5.00
6.66
.72
1.44
2.88
4.33
5.76
.42
.83
1.67
2.50
3.33
13.8
(115/1)
50
100
150
200
.86
1.74
2.61
3.48
0.74
1.5
2.25
3.00
0.43
.87
1.30
1.74
7,62
(63,5/1)
50
75
100
150
219
328
438
548
1.57
2.36
3.15
4.72
6.90
10.33
13.80
17.26
1.36
2.04
2.72
4.08
5.97
8.94
11.94
14.93
.79
1.18
1.57
2.36
3.45
5.17
6.90
8.63
TABLA 8 – TABLA MULTIPLICADORA DEL COMPENSADOR
56
12.2. Ejemplos de cálculo
Los ejemplos presentados al siguir demonstran el cálculo de los ajustes de R y X
para aplicaciones diferentes.
12.2.1. Carga concentrada
FIGURA 51
Datos suministrados:
Sistema : 7620/13200 Volts - Y puesto a tierra
Reguladores : 3, monofásico, 219 Ampères
Conductor : 1/0 cobre (0 MCM)
Espaciamiento equivalente del conductor: 40 pulgadas.
Luego:
RL: 0.555 Ohms (de la tabla 7)
XL: 0.698 Ohms (de la tabla 7)
IC: 219 Ampères
Relación del TP: 5,631207620
=
Para mantener 120 V nominal en la carga concentrada, los valores calculados RS
y XS, utilizando las fórmulas simplificadas serian:
RC : volts91,15,63
)555(.219=
XC : volts41,25,63
)698(.219=
57
Normalmente, las reglajes son hechas en valores unitários, de esta manera en
este ejemplo probabelmente seria determinado en 2 Volts para "R" y 2 volts para
"X".
12.2.2. Carga distribuída
FIGURA 52
Datos suministrados:
Sistema : 13800 Volt – delta
Reguladores : 3, monofásico, 100 Ampères
Conductor : 1/0 cobre (0 MCM)
Longitud del conductor: 5 millas
Espaciamento equivalente del conductor: 40 pulgadas.
Corriente de línea (IL) : 90 Ampères
Factor de potencia : 80
Máxima tensión permisible en el primário del primero transformador = 122 Volts
En virtud de la carga distribuída, la carga total puede ser considerada como
concentrada a 2.5 millas de los reguladores.
Luego:
RC: (2.5) (.555) Ohms (de la tabla 7)
XC: (2.5) (.698) Ohms (de la tabla 7)
IC: 100 Ampères
Relación del TP: 115120
13800=
58
Para mantener los 120 Volts nominal en el último transformador de la carga
distribuída, los valores de RC y XC calculados, empleando las fórmulas
simplificadas serian:
RC : Volts09,2
3115
)555)(.5.2(100=
XC : Volts63,2
3115
)698)(.5.2(100=
Desde que estes reguladores estan ligados en delta cerrado, la relación del TP, de
las fórmulas arriba, fué transformada en la base de fase para fase. Además, las
reglajes calculadas del compensador deben ser cambiadas para corregir el retraso
de la corriente. Las reglajes cambiadas, empleando las fórmulas anteriormente
demonstradas, serian entonces:
RC’= .866 (2,09) + 0,5 (2,63) = 3,12
XC’= .866 (2,63) + 0,5 (2,09) = 1,23
Las reglajes de 3,0 para R y 1,0 para X serian normalmente efectuadas.
Determinados los valores de R y X del compensador de caída de la línea, la
tensión nominal será mantenida en el primário del último transformador. Sin
embargo, la superexcitación del primero transformador podrá causar una
preocupación.
Una manera sensilla para si determinar la tensión en el primero transformador és
el empleo de las siguientes fórmulas.
El primero transformador localizado en el terminal de sallida del regulador.
C0 I
seno)(cos)( CL
C
CLL
XII
enoRIVV ++=
59
El primero transformador localizado un poco lejo de los terminales de sallida del
regulador:
TP delRelación 0 seno 0 cos
0eLeL
IXIenoRI
VV+
+=
Adonde:
V0: Tensión de sallida del regulador en Volts
(Valor equivalente basado en la relación del TP)
VL: Tensión que deberá ser mantenida en el punto de regulación en Volts
(Valor equivalente basado en la relación del TP)
VI: Tensión en el primário del primero transformador en Volts
(Valor equivalente basado en la relación del TP)
IL: Corriente de línea en Ampères
IC: Corriente primária nominal del TC en Ampères
RC’: Reglaje de la resistencia del compensador en Volts (calculada por la
fórmula simplificada).
RC: Resistencia total de una fase entre el regulador y el primero transformador,
en Ohms.
XC’: Reglaje de la reactancia del compensador en Volts (calculada por la fórmula
simplificada)
Xe: Reactancia total de una fase entre el regulador y el primero transformador
en Ohms.
Ejemplo de cálculo:
Considerar las mismas condiciones demonstradas en el item 12.2.2 y reglajes del
compensador conforme calculadas, RC’ = 3 y XC’ = 1,0. El primero transformador
está localizado en los terminales de sallida del regulador, luego:
VoltsV 7,12254,02,2120100
)6,0)(1)(90(100
)8,0)(3)(90(1200 =++==+=
60
Ya que la máxima tensión admisible en el primero transformador és 122 Volts (en
una base de 120 Volts), las reglajes calculadas del compensador de 3 Volts para
R y 1 Volts para X no son satisfactorias.
La corrección puede ser efectuada multiplicandose las reglajes por la proporción:
L
L
VactualVVadmisibleV
−−
)()(
0
0
Para este ejemplo, la proporción és:
7,22
1207,122120122
=−−
Las reglajes corregidas del compensador seran:
X = 1,23 1 o 91,07,2
2=
R = 3,12 2 o 31,27,2
2=
13. LA APLICACIÓN DE LOS REGULADORES EN EL PLANEAMIENTO DE
LOS ALIMENTADORES DE DISTRIBUICIÓN
13.1. Recomendaciones
Con base en las experiencias de las concesionárias que utilizan reguladores de
tensión monofásicos en la red de distribuición, tenemos algunas
recomendaciones:
1) La tensión en cada sección del alimentador debe estar entre 93,5 y 105% de la
tensión nominal del sistema.
2) La anchura de faja ajustada en el relé regulador de Tensión debe ser de ± 1
Volt.
61
3) El retrazo de tiempo para el regulador instalado en la sallida del alimentador
de la subestación debe ser de 30 segundos y para los instalados en el sistema
de distribuición en serie con aquel debe ser de una diferencia mínima de 15
segundos entre ellos. Con eso, los reguladores instalados más lejos de la
subestación tienen un tiempo de retrazo mayor que los más cerca de la
misma.
13.2. Software utilizado
Las concesionarias de energia utilizan para el planeamiento de alimentadores un
programa desarrollado en el sistema de computación Planel. Debese hacer el
estudio para las situaciones de demandas máximas y mínimas para que no
ocurran problemas de sobretensiones y subtensiones en el sistema.
13.2.1. Aplicación
Este software si aplica al sistema de alimentadores aéreos radiados con tramos
monofásicos y/o trifásicos localizados en áreas urbanas y rurales. La última
revisión considerable de este software fue hecha en marzo de 1994 y el mismo
fué sometido en 1998 a algunas mejorias, pero no cambiando los resultados
básicos de la versión de 1994. La versión de 1994 puede ser utilizada sin
perjuicio de los resultados.
13.2.2. Funciones
Sus funciones son:
1) Cálculo de cortocircuito trifásico y fase tierra en alimentadores;
2) Cálculo de perfis de carga y tensión en alimentadores;
3) Simulación de condensadores y reguladores de tensión.
62
13.2.3. Principio Básico
El alimentador és dividido en secciones.
Nota: La definición de sección és de un segmento del alimentador cuyos extremos
son puntos caracterizados por:
- Derivación de ramal específico;
- Derivación de ramal con carga y/o extensión considerable;
- Instalación del banco de reguladores de tensión;
- Instalación de capacitores;
- Equipamiento de maniobra y/o proteción;
- Interligación con otro alimentador;
- Carga concentrada.
13.2.4. Datos de Entrada para el Software
Son dos los tipos de datos de entrada:
13.2.4.1. Datos Generales del Alimentador
- tensión en la subestación (V);
- demanda (kVA);
- factor de potencia;
- número de ramales (máximo = 20) y demanda kVA de cada uno;
- número de secciones del alimentador (máximo = 400);
- tensión nominal (V);
- corriente de cortocircuito trifásica de la subestación (A);
- corriente de cortocircuito monofásica para la tierra de la subestación
(A);
- flujo de potencia trifásico de cortocircuito;
- flujo de potencia monofásico de cortocircuito;
- resistência de la falta de secuencia cero (Ohms).
63
13.2.4.2. Datos Generales de las Secciones del Alimentador
- número de secciones;
- fases;
- código del cable;
- longitud de la sección (km);
- capacidad instalada (kVA);
- demanda concentrada (kVA);
- condensador existente (kVA);
- condensador simulado (kVAR);
- factor de potencia de la sección;
- regulador simulado; si o no;
- regulador existente; si o no;
- corriente primária del TC del regulador;
- ajuste RC (V);
- ajuste XC (V);
- nivel de tensión del regulador (V);
- relación del TP regulador (V);
- faja de regulación máxima (%);
- punto de regulación.
Siguen anexo los resultados de este software de algunas situaciones arbitrarias
en un alimentador cualquier.
64
65
REV. C – AGO/2001
