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LO QUE INTERESA CONOCER RESPECTO DE LOSREGULADORES DE TENSIN MONOFSICOS
CON 32 ESCALONES
9 NORMAS DE REFERENCIA NBR 11809/1192: "REGULADORES DE TENSO" - REGULADORES DE
TENSIN ANSI C.57.15/1986 "TERMINOLOGY, AND TEST CODE FOR STEP
VOLTAGE AND INDUCTION VOLTAGE REGULATORS" -TERMINOLOGIA Y PROCESOS DE ENSAYOS DE REGULADORES DETENSIN - PASATAPAS Y DE INDUCCIN
29 FICHA TCNICA:
Elaboracin tcnica y concepcin : Reginaldo Lana Pimentel
Digitacin : Patrcia Barcelos e Lourdes Frana
Planos : Alexsandro Vtor
9 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS:
NBR 11809/1992: "REGULADORES DE TENSO" - REGULADORES DE
TENSIN
ANSI C.57.15/1986 "TERMINOLOGY, AND TEST CODE FOR STEP-
VOLTAGE AND INDUCTION-VOLTAGE REGULATORS" - TERMINOLOGIA Y
PROCESOS DE ENSAYOS DE REGULADORES DE TENSIN PASATAPAS Y
DE INDUCCIN
"ABC DOS REGULADORES DE TENSO" - ABC DE LOS REGULADORES DE
TENSIN CESP
"ESTUDO DA DISTRIBUIO" - ESTUDIO DE LA DISTRIBUICIN - ED-1.2
DEZ/1978 (CORRECCIN DE LOS NVELES DE TENSIN EN REDES DE
DISTRIBUICIN AREAS DE CEMIG)
"ESTUDO DA DISTRIBUIO" - ESTUDIO DE LA DISTRIBUICIN ED-1.9
(PLANEAMIENTO DE LOS ALIMENTADORES DE CEMIG)
39 NDICE
1. Introduccin............................................................................ 5
2. Esquema bsico de la transmissin y distribuicin de laenergia elctrica .................................................................... 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 tensin................................................................ 9 4.1.2. No permitir la interrupcin del circuito en la conmutacin.. 10 4.1.3. Limitar la corriente circulante ............................................. 10 4.2. Bobinado de equalizacin............................................................. 13
5. Tipos de reguladores............................................................... 20 5.1. Tipo A ........................................................................................... 20 5.2. Tipo B ........................................................................................... 20 5.3. Clculo de corrientes..................................................................... 21 5.3.1. Regulador tipo A.................................................................. 21 5.3.2. Regulador tipo B.................................................................. 22 5.3.3. Anlisis comparativa entre regulador tipo A x Tipo B ........ 24
6. Tipos de conexiones en banco de reguladores ........................ 26 6.1. Conexin en estrella ..................................................................... 26 6.2. Conexin en delta cerrado............................................................ 28 6.3. Conexin en delta abierto ............................................................ 30
7. Reguladores padronizados por la Norma NBR 11809/1192 ..... 33
8. Dimensionamiento del regulador ............................................ 34
9. Localizacin de bancos de reguladores .................................. 35
410. Funcionamiento del regulador .............................................. 35
11. Ajuste del sistema de control (Rel Regulador) ...................... 36 11.1. Ajuste del valor de referencia de tensin.................................... 37 11.2. Ajuste de insensibilidad (Anchura de faja) ............................... 37 11.3. Temporizacin............................................................................. 38 11.4. Compensador de cada de tensin en la lnea .......................... 38
11.5. Ajuste de la capacidad de conduccin de corriente (LoadBonus) ....................................................................................... 39
11.6. Limitador de tensin................................................................... 40 11.7. Detector de flujo inverso de potencia ......................................... 40 11.8. Comunicacin via notebook y automacin................................... 4212. Ajuste del compensador de cada en la lnea ....................... 42
12.1. Ajuste de la compensacin de cada en la lnea para los tipos de ligaciones de los reguladores .............................................. 44 12.2. Ejemplos de clculo ................................................................... 56
13. Aplicacin de los reguladores en el planeamiento dealimentadores de distribuicin............................................. 60
13.1. Recomendaciones..................................................................... 60 13.2. Software utilizado..................................................................... 61
5REGULADOR DE TENSIN MONOFASICO CON 32 ESCALONES
1. INTRODUCCIN
La aplicacin de reguladores de tensin en los sistemas de distribuicin de
energia elctrica tuve inicio en la dcada de 40, en los pases desarrollados.
Principalmente en los EUA, en funcin de su gran extensin territorial, adonde
los centros de consumo estan dispersos por vastas reas, lejas de los puntos de
generacin, y agregado a esto, el aparecimiento de gran cantidad de nuevos
aparejos electroelectrnicos, sensibles a las oscilaciones de tensin, hice
incrementaren los reclamos de los consumidores, que pasaron a exigir buena
calidad en la distribuicin de energia elctrica. Debido a esto, hoy encuentranse
instalados en varios puntos de aquel pas dezenas de millares de reguladores,
suministrando a los puntos de consumo una regulacin de tensin adecuada y
proveendo calidad al suministro de energia. Eso trae por lo menos tres
consecuencias benficas:
9 Satisfacin del consumidor;9 Reduccin de las prdidas en la distribuicin;9 Incremento de la facturacin de las concessionrias de energia elctrica.
El Brasil presenta cierta similaridad con los EUA, en lo que refirese al espazio
territorial, lo que viabiliza la utilizacin de los reguladores de tensin. Estes
tienen gran aceptacin por parte de las concessionrias, por razones econmicas,
de simplicidad y versatilidad. Adems, hoy hay reguladores de tensin totalmente
fabricados en Brasil, lo que elimina los problemas de obtencin de piezas de
reposicin verificados hasta 1986, cuando tales equipamientos eran total o en
parte (cambiador de tomas bajo carga) importados de los EUA.
62. ESQUEMA BSICO DE LA TRANSMISIN Y DISTRIBUICIN DE LAENERGIA ELCTRICA
FIGURA 1
Lnea de transmisin dealta tensin
Regulador detensin
monofasico
Transformadorde
poste
TransformadorElevador
TransformadorRebajador
FuenteGeneradora
HastaHasta
Residencia
Generador
73. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
El principio de funcionamiento s similar al de un autotransformador, o sea,
existe, adems del acoplamiento magntico entre el primario y el secundario, un
acoplamiento elctrico, conforme la figura abajo:
FIGURA 2
Existen dos maneras de ejecutarmos la ligacin elctrica entre el primario y el
secundario, tornando el autotransformador elevador o rebajador:
3.1. Funcionamiento como elevador
FIGURA 3
83.2. Funcionamiento como rebajador
FIGURA 4
s la polaridad de los bobinados que determina la ligacin elctrica 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 tensin.
FIGURA 6
9Luego si la carga estubier ligada en el tape 1, y si necesitarmos cambiar su
ligacin para el tape 2 teneremos de interrumpir el circuito, o sea, desligar el
regulador.
Para que eso no ocurra, la solucin s agregar un reactor al circuito, porque
mientras una de las extremidades (piernas) del reactor viaja para el tape 2, la
alimentacin de la carga hacese por medio de la otra extremidad del reactor.
FIGURA 74.1. Funciones del reactor
Vamos considerar para mejor detallamiento del circuito del reactor, un pedazo del
bobinado C.
4.1.1. Divisor de tensin
Considerando el reactor en la posicin 0 (neutra):
FIGURA 8
10
Vamos ahora para:
FIGURA 9
La tensin aplicada a los terminales del reactor s Vd, pero la tensin en la carga
incrementar o disminuir en la proporcin de 2Vd , debido al tape central, lo que
aclara el reactor ser un divisor de tensin.
4.1.2. No permitir la interrupcin del circuito en la conmutacin
Analisando el circuito anterior, cuando B salir del tape 0, y estubier viajandopara el tape 1, la energizacin del circuito hacese por medio de A, conforme yaaclarado anteriormente.
4.1.3. Limitar la corriente circulante
FIGURA 10
11
Al ser aplicada la tensin Vd en los terminales del reactor, circula una corrientecirculante, IC, y esta corriente debe ser limitada para que no ocurra el desgaste
excesivo de los contactos del conmutador y la vida til de los mismos sea
mantenida.
La determinacin del limite de la corriente circulante en el reactor originase del
principio de la extincin 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 s de 20%.El ncleo del reactor tiene de 1 a 2 Gapes que son dimensionados para que la
corriente circulante establecese dentro de los parmetros anteriores.
Estes Gapes son llenados con fenolite o premix. Sin embargo, al largo de la vida
til del regulador, el gape puede incrementar o disminuir debido a las vibraciones
y/o temperatura y la calibracin de la corriente no corresponder a los parmetros
anteriores:
12
Sigue un ejemplo de recalibracin 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
9 Para recalibrar hacese la proporcin directa:
70 A - 21mm
50 A - X
X = 15mm 2 x 7,5mm
El reactor presenta la caracterstica de posibilitar la circulacin de la corriente de
carga, IL, libre por el, no constituindo impedncia para esta corriente. Esto ocurre
debido al tape central, que promove la circulacin 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 magnticos, 2L , creados
por la corriente, 2LI , anulanse, lo que en un circuito inductivo significa que la
13
tensin inducida en el bobinado del reactor debido a la circulacin de la corriente
de carga s cero Vinducida = N 0=dtd
4.2. Bobinado de equalizacin
Analisando los circuitos abajo:
Circuito A: Como no existe tensin aplicada sobre el reactor IC = 0.
FIGURA 13
Circuito B: Como existe tensin aplicada sobre el reactor IC 0.
FIGURA 14
14
La alternncia 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
variacin de corriente de cero para 50% seria elevada, lo que causaria el
incremiento de la tensin de arco y consecuentemiente de la potncia de arco.
Para resolvir este problema y mantener la corriente circulante en el reactor
constante en 50% IL independente de la posicin del conmutador, agregandose el
bobinado de equalizacin al circuito del reactor conforme si sigue:
FIGURA 15
El bobinado de equalizacin 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 tensin, en el circuito del reactor, cuando el mismo estubier
en la condicin del circuito A. Siendo asi, analisando el circuito a siguir,
percebise que la corriente circulante en esta condicin cambia de sentido, pero si
mantiene en mdulo.
FIGURA 16
15
FOTOGRAFA 1 PARTE ACTIVA DEL REGULADOR
16
FOTOGRAFA 2 CONMUTADOR DEL REGULADOR
17
FOTOGRAFA 3 REACTOR DEL REGULADOR
18
FOTOGRAFA 4 BOBINADO PRINCIPAL DEL REGULADOR
19
FOTOGRAFA 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
s llamado de regulador con excitacin variable, una vez que el bobinado de
excitacin, B, percibi cualquier variacin de tensin de la fuente. Luego, el EspiraVolt
de este regulador s variable.
FIGURA 175.2. Tipo B
s llamado de regulador de excitacin constante, una vez que el bobinado de
excitacin, B, si localiza en el lado de carga, no percibiendo variaciones de
tensin. Luego el EspiraVolt de este regulador s constante.
FIGURA 18
21
5.3. Clculo de corrientes
Vamos utilizar como referencia para este clculo 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: Tensin y corriente en los bobinados B y C, respectivamente.
Luego:
B
C
II=
138013800 IC = 10 IB
An: IF = IB + IL e IC = IL
22
Entonces: 1) AIIII LBBL 1010100
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
An: IF = IB + IL e IF = IC
Entonces: 1) LC
C III +==
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 22Luego: 1) IC = 10 IB
2) IF = - IB + IL
Entonces: 1) 10010
+= CC II
1,1 IC = 100
IC = 90,9A
24
5.3.3. Anlisis comparativa entre regulador tipo A x tipo B
5.3.3.1. La regulacin del tipo A s de + 9,1% hasta 11% y la del tipo B s de 10%.
5.3.3.1.1. La regulacin del tipo A s obtenida al siguir:
TENSIN EN LA FUENTE (V) TENSIN 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 regulacin del tipo B s obtenida al siguir:
TENSIN EN LA FUENTE (V) TENSIN EN LA CARGA (V)
13800 13800
(- 10%) = 12420 (12420 + 1380) = 13800
(+10%) = 15180 (15180 1380) = 13800
TABLA 2Concluyendo:
%10Regula%0,90%1001380012420 +=x
%10Regula%110%1001380015180 =x
La conclusin sque este reguladorno consegui regular 10%.
25
5.3.3.2. El tipo B presenta mayores prdidas.
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 s 11,1% mayor en el regulador tipo B si comparada al
tipo A, las prdidas en el arrollamiento C son 23% mayores que en el tipo "A".
Luego el tipo B tiende a ser un regulador mayor porque necesita ms radiadores
para su refrigeracin.
5.3.3.3. El tipo B tiene solamente un TP para alimentar el rel y el motor del
conmutador. El tipo A tiene 2 TPs, un para el rel y otro para el
motor.
FIGURA 23 TIPO A
26
FIGURA 24 TIPO B
6. TIPOS DE CONEXIONES EN BANCO DE REGULADORES
6.1. Conexin en Estrella
FIGURA 25
27
FIGURA 26
Suponiendo los reguladores elevando en +10%.
El diagrama fasorial queda como abajo:
FIGURA 27
La recomendacin s que si el banco de reguladores fuer ligado en estrella,
necesariamiente la fuente sea tambin 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
Atencin: 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 ligacin estrella si dislocar caso la carga sea desequilibrada, y el banco de
reguladores entrar en una avalancha de conmutaciones. Generalmente en el
banco, algunos reguladores iran para la posicin de mximo de elevar y otro(s)
para el mximo de rebajar.
6.2. Conexin 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 60 = 1195'1380
' = CC
Cos 60 = 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 = ( ) ( )22 119515870 +A = 15915V
Regulacin (%) = %1151380015915 =
FIGURA 33
6.3. Conexin en delta abierto
FIGURA 34
LA REGULACIN DEL BANCO LIGADO ENDELTA CERRADO S DE 15%
31
FIGURA 36
Lnea by pass
Llave de la fuente
Llave de la carga
Llave by pass
Llave de la fuente
Llave de la carga
Llave de la lnea
Llave de la carga
32
Luego:
Cos 60 = 690'1380
' = XX
A = 13800 + 2X = 15180
Regulacin (%) = %1101380015180 =
FIGURA 37
Esta ligacin s ventajosa cuando tratarse de ligacin en cascada, con eso se
pone 2 reguladores en cada punto de la cascada, economizando 1 regulador. Se
recomenda utilizar de 3 y el mximo de 4 bancos de reguladores en cascada,
debido a los problemas de posibles sobretensiones en el sistema cuando del
cerramiento de los religadores.
LA REGULACIN DEL BANCO LIGADO ENDELTA ABIERTO S DE 10%
33
7. REGULADORES PADRONIZADOS POR LA NORMA NBR 11809/1992
Tensinnominal delsistema (V)
Tensinnominal delregulador (V)
Ligacin delbanco de
reguladoresNvel bsicode impulso
Potncianominal delregulador
Corriente delnea (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(tensinaplicada= 50kV)
72144216288333432576667833
50100150200231300400463578
34500 19920
Estrella conneutro
puesto atierra
150(tensinaplicada= 50kV)
100200333400667833
50100167201334418
TABLA 4
34
8. DIMENSIONAMIENTO DEL REGULADOR
Utilizando la tabla anterior vamos ejemplificar como dimensionar un regulador:
9 Carga de 10MVA;9 Tensin de la regulacin: 13800V;9 Fuente en estrella con resistncia de puesto a tierra menor que 20 Ohms;9 Ligacin del banco en estrella.
Para eso, la corriente s:
I = AkVxkVA 4188,133
10000 =
La tensin nominal del regulador debe ser:
VN = V79673
13800 =
Analisando la tabla anterior, escojemos el regulador de 333kVA 7620V 438A,
y con tensin adicional 7967V.
35
9. LOCALIZACIN DE BANCOS DE REGULADORES
FIGURA 38
La faja admitida por la resolucin del DNAEE s que la tensin estea entre 7,5%
hasta + 5%.
10. FUNCIONAMIENTO DEL REGULADOR
FIGURA 39El arrollamiento 1, llamado de arrollamiento de excitacin (arrollamiento B),
induce una tensin en el arrollamiento 2 (arrollamiento C), tambin conocido por
arrollamiento de tapes o de regulacin. En la figura 39, el TP4 (transformador depotencial) instalado del lado de la carga envia un seal para el rel regulador de
Transmisin Substacin Distribution
Punto de instalacin del bancode reguladores
Perfil de tensin despusde la instalacin del banco
de reguladores
Perfil de tensin despusde la instalacin del banco
de reguladores
Tens
in
perc
entu
al c
om c
arre
gam
ient
o m
axim
o
36
tensin que posiciona los terminales A y B del reactor 3 en la posicino adecuada
para mantener la tensin en la carga constante. La llhave inversora de polaridad
mostrada en la fotografa 6 determinar si el regulador elevar o disminuir la
tensin, siendo que su control s hecho por el rel regulador. El TC5
(transformador de corriente) instalado del lado de la carga enviar al rel
regulador un seal de cargamiento de la lnea, posibilitando la compensacin de
cadas de tensin que ocurran en el sistema.
11. AJUSTE DEL SISTEMA DE CONTROL (REL REGULADOR)
El sistema de control de los reguladores monofsicos permite obtener gran
versatilidad del equipamiento cuando en operacin. Normalmente los reguladores
son suministrados con los siguientes controles.
FOTOGRAFA 6 REL REGULADOR DE TENSIN
37
11.1. Ajuste del valor de referencia de tensin
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 tensin de la carga. Normalmente el valor de la tensin del
secundrio de este TP s 120V, y cuando el regulador est con tensin nominal
aplicada en el primrio del TP, el sensor de tensin del rel regulador tiene la
finalidad de comparar la tensin proveida por el TP con la tensin de referencia
ajustada. Luego, suponendose que esta sea de 120V, si hubier un cambio, para
ms o para menos, de la tensin proveida por el TP, el rel regulador comandar
el conmutador de manera a ajustar del lado de la carga hasta que si tenga 120V
en el secundrio del TP, y consecuentemente, la tensin nominal en el lado de la
carga.
Caso haya la necesidad de operacin en sistemas con tensin nominal diferente
de la tensin del regulador, puedese actuar en este control para adecuar el
funcionamiento. Suponendo que teneremos un banco de reguladores cuya
tensin nominal fuera 7620V y necesitasemos conectalo en sistema estrella
puesto a tierra con tensin entre fases de 13800V. Luego, la tensin entre fase y
tierra seria 13800/ 3 =7967V. La relacin del TP seria 7620V/120V = 63,5.
De esta manera, puedese cambiar el valor de la tensin de referencia para 125V
para que el regulador pase a funcionar con una tensin 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 precisin, al partir de la tensin de referencia,
dentro de la cual el regulador considera que no hay necesidad de conmutacin.
Normalmente los reguladores son suministrados con anchura de faja de 1,5 hasta
6V o 0,6% hasta 6% de la tensin de referencia.
38
FIGURA 4011.3. Temporizacin
La finalidad de la temporizacin s evitar conmutaciones desnecesarias en
funcin de variaciones rpidas de tensin. Sin ella ocurreria un nmero excesivo
de conmutaciones, provocando desgaste mecnico acelerado del conmutador. De
esa manera, la correccin de tensin ocurre solamente para las variaciones de
tensin cuyas intensidades estean fuera de los valores ajustados por la tensin de
referencia y anchura de faja, y por perodo mayor que el determinado en la
temporizacin. La faja de temporizacin normalmente suministrada s de 10
hasta 120 segundos, con incrementos de 10 segundos.
Este control presenta una otra funcin tambin importante, que s la
coordinacin de dos o ms reguladores de tensin ligados en cascada; lo ms
prximo a la fuente debe responder lo ms rpido a las variaciones de tensin
para evitar un nmero de operaciones excesivas de los dems reguladores.
Normalmente, el regulador ms prximo de la fuente tiene la temporizacin
ajustada en 30 segundos y los dems en 45 segundos, en incrementos de 15
segundos para cada banco en cascada.
11.4. Compensador de cada de tensin en la lnea
Este s un componente que simula la impedancia de la lnea desde el banco de
reguladores hasta el punto adonde si desea que la tensin sea constante. El
circuito bsico del compensador simula las cadas de tensin existentes en la
lnea, haciendo con que el regulador las compense.
39
El secundrio del TP, que provee la muestra de la tensin del lado de la carga, s
ponido en srie con un circuito cuyas resistencia e inductancia son imagens de la
resistencia e inductancia de la lnea. Cuando el regulador s sometido a la carga,
circula en el TC una corriente proporcional al cargamiento, y asi surge una cada
de tensin en RC y XC proporcional a la cada de tensin de la lnea.
En este caso, la tensin vista por el rel regulador s la tensin del secundrio
del TP menos la cada provocada por el compensador. Luego el rel posicionar el
regulador de manera a restablecer el equilibrio entre la tensin que ele mira y la
tensin de sallida del regulador. Asi, esta tensin de sallida s mayor que aquella
considerada para el sistema, pero, debido a la cada de tensin en la lnea, la
tensin en la carga permanecer constante. En el prximo captulo abordaremos
el ajuste del compensador de cada en la lnea.
FIGURA 41
11.5. Ajuste de la capacidad de conduccin de corriente ("Load Bonus")
El regulador de tensin permite el incremento de la corriente pasante (incremento
de carga) con la reduccin de la faja de regulacin. La faja de regulacin mxima
normalizada s de 10%, pero existen en el regulador ajustes capazes de limitaresta faja en los siguientes puntos: 10%, 8,75%, 7,5%, 6,25% y 5,0%. Laactuacin de este control hace con que el conmutador de tomas bajo carga sea
bloqueado automaticamente al atingir la tensin de la faja de regulacin
ajustada.
Nota: La corriente de "Load Bonus" debe ser limitada en 668 A, conforme NBR11809/1992.
40
Faja de regulacinde tensin (%)
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 regulacin de la tensin conforme norma NBR 11809/1192.
11.6. Limitador de tensin
Los reguladores de tensin son generalmente instalados en circuitos con cargas
distribudas al largo de la lnea. En el caso de utilizacin del compensador de
cada en la lnea, las cargas inmediatamente despus del regulador de tensin
quedan sometidas a tensiones inadecuadas.
Para proteger estas cargas s recomendable la utilizacin del limitador de tensin.
Este limitar la tensin en la sallida del regulador dentro de un valor
preestablecido, de manera a no perjudicar los consumidores prximos.
FIGURA 42 Cuando utilizado el compensador de cada de tensin en la lnea, lascargas prximas al regulador quedan sujetas a tensiones
inadecuadas.
11.7. Detector de flujo inverso de potencia
Los reguladores de tensin son generalmente instalados en circuitos con flujo de
potencia unidireccional (fuente-carga). Como, entretanto, algunos circuitos son
del tipo anillo, puede ocurrir la inversin del flujo de carga.
41
Cuando de la ocurrencia de este fenmeno, el regulador tener un
comportamiento inadecuado, pudiendo causar sobretensiones o subtensiones en
el circuito ligado al terminal fuente del regulador.
Para proporcionar una operacin adecuada y segura en estas condiciones el rel
regulador tiene un detector de flujo inverso de potencia. Este s capaz de
detectar automaticamente la inversin del flujo y hace las siguientes alteraciones
en el funcionamiento del regulador, de manera a adecuar su operacin:
9 Inversin en el sentido de rotacin del motor del conmutador bajo carga;9 Conexin del rel regulador a un TP (opcional) instalado en el lado de la fuente
del regulador;
9 Inversin de la polaridad del compensador de cada en la lnea.
Si el fluxo inverterse nuevamente para el sentido normal, el rel 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 s recomendable la utilizacin del regulador de
tensin como acesorio interligador de los sistemas, una vez que cuando el flujo de
potencia fue indefinido podr ocorrir instabilidad en el sistema de control del
regulador.
FIGURA 43 Regulador aplicado a sistema con fuentes en paralelo.
42
11.8. Comunicacin Va Notebook y AutomacinEl rel o controle de fabricacin Toshiba do Brasil S.A., TB-R800, posibilita la
comunicacin de datos a travs de un software, a ser sumiistrado junto con los
reguladores, para comunicacin va serial RS-232 cuando un notebook es
conectado al rel. A travs de este software, si tiene acceso a datos como tensin
en la salia del banco de reguladores, corriente de carga, demanda mxima,
potencia ativa, potencia reactiva, potencia aparente, factor de potencia, tensin y
corriente en la salida del banco reflejida en el circuito del rel, alteracin de
ajustes diversos, memoria de masa conteniendo datos como tensin de salida del
banco, corriente de carga, posicin del cambiador de tapes en intervalos
ajustables de 1 en 1 minuto hasta 60 en 60 minutos, como requerido por el
usuario.
Este Rel posee dos protocolos para comunicacin remota (automacin): el
protocolo mod-bus y el DNP 3.0. La aplicacin del protocolo depiende del receptor
que es de responsablidad del usuario. La automacin puede ser hecha a travs de
radio, satlite, fibra ptica y otros medios aplicables, siendo elegido por el
usuario. Para cada aplicacin, el usuario debe especificar para a compra de los
reguladores, cual el medio de intercomunicacin para automacin para que el
fabricante pueda posibilitar que el proyecto del controle tenga condiciones para
tal aplicacin.
OBS.: Algunas funciones descritas arriba pueden no estar disponibles en la fecha
de su presentacin. Para compra, debe ser confirmada a posibilidad de
suministro.
12. AJUSTE DEL COMPENSADOR DE CADA EN LA LNEA
FIGURA 44
43
Utilizando equaciones fundamentales de tensin, concluyemos de manera
sensilla que la cada de tensin en la lnea referida al circuito de control s
donada por:
1) TP
LCC R
RIR =
2) TP
LCC R
XIX =
Adonde:
RL : Resistencia de la lnea en Ohms, conforme tabla 7.
XL : Reactancia de la lnea en Ohms, conforme tabla 7.
RC : Resistencia del compensador en Volts.
XC : Reatncia do compensador em Volts
IC : Corriente nominal primria del TC (A)
OBS.: Para los reguladores Toshiba, la corriente primria del TC s idntica a lacorriente nominal del regulador
La relacin del TP s donada por:
RTP = 120
regulador del nominalTensin
Observando las equaciones (1) y (2) anteriormente, tenemos en comun el factor
TP delRelacin IC , el cual definiremos como:
FC: Factor compensador de cada en la lnea
Nota: Este factor depende solamente de los datos de placa del regulador.
44
12.1. Ajuste de la compensacin de cada en la lnea para los tipos deligaciones de los reguladores
12.1.1. Ligacin monofsica
FIGURA 45
1,67 o 2xRIFTP
CC =
Nota: El ajuste de FC en esta ligacin depende de la puesto a tierra. El factor debeser de:
2,0: para sistema aislado de la tierra; 1,67: para sistema con neutro ligado a la tierra.
45
12.1.2. Ligacin en estrella
FIGURA 46
Como la tensin del TP y de la carga estan conectadas de la fase para la tierra:
1xRIFTP
CC =
12.1.3. Ligacin en delta
FIGURA 47
46
Como la tensin del TP s entre fases, y de la carga s 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 tensin de fase de un sistema monofsico y la corriente de carga estan en
fase;
2) Las tensiones de fase para neutro en un sistema de ligacin 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 ligacin delta estan
desplazadas de 30 en relacin a las corrientes de carga correspondentes.
Debido al desplaziamento entre tensin y corriente en la ligacin en delta, s
necesario corregir los valores obtenidos para el compensador de cada en la lnea
conforme los itens 12.1.3.1 y 12.1.3.2 al seguir:
12.1.3.1. Ligacin en delta cerrado, considerando:
VA, VB, VC : Tensin entre fases
VAN, VBN, VCN : Tensin de fase para la tierra equivalente
IC : Corriente de carga
RL : Resistencia de la lnea (Ohms)
XL : Reactancia de la lnea (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 tensin entre fases est adiantada de 30 en relacin a la tensinfase-neutro de la fase correspondiente.
2) Como el regulador es monofsico, o sea, la tensin fase-neutro es la
suya referencia, podemos falar que el regulador est atrasado.
Reflejando para el circuito del compensador de cada en la lnea, puedemos
afirmar que:
CTP
CC
TP
CL XRIR
RIR == L X ;
Y sabendose que s sensillo demonstrar que para determinarmos la parcela de
incremento en el compensador basta multiplicarmos el mdulo vector por el
mdulo unitario con su desplaziamento, tenemos:
(RC + jXC) x 1 +30
(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:
RC: correccin de RC
XC: correccin de XC
Despus del clculo de Rc e Xc, 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 48Tenemos que:
FIGURA 49
120
30
VB
VC
30
I LRVA
(FASE
A)
VI C AN
WS
XCI
L
C
50
Analisando las figuras anteriores, podemos concluir que:
3) la tensin entre fases est atrasada de 30 en relacin a la tensin fase-neutro de la fase correspondiente.
4) Como el regulador es monofsico, o sea, la tensin fase-neutro es la
suya referencia, podemos falar que el regulador est adelantado.
Reflejando para el circuito del compensador de cada en la lnea, puedemos
afirmar que:
CTP
CC
TP
CL XRIR
RIR == L X ;
Y sabendose que s sensillo demonstrar que para determinarmos la parcela de
incremento en el compensador basta multiplicarmos el mdulo vector por el
mdulo unitario con su desplaziamento, tenemos:
(RC + jXC) x 1 -30
(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:
RC: correccin de RC
XC: correccin de XC
Despus del clculo de Rc e Xc, 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. Ligacin delta abierto
12.1.3.2.1. Ligacin 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 Rc y Xc son los mismos demonstrados anteriormente
para el regulador atrasado y adelantado.
52
12.1.3.2.2. Ligacin 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 Rc y Xc son los mismos demonstrados anteriormente
para el regulador atrasado y adelantado.
Concluiemos que en las ligaciones en tringulo abierto, un regulador est
atrasado y el otro adelantado. Todavia, en el campo, a las veces, es difcil
determinar cual regulador est atrasado y cual est adelantado, para ajustar los
valores de R y X del compensador de cada en la lnea. Sigue un teste prtico para
determinarse la questin.
12.1.3.3. Teste para determinar si el regulador s retrasado o adelantado (ligacin
en delta abierto).
Para determinar la relacin de las fases en un sistema trifsico puede ser
utilizado el siguiente mtodo. Este mtodo s aplicable solamente con dos
reguladores ligados en delta abierto en sistema trifsico. Deber existir una carga
53
suficiente en la lnea mientras el teste estubier siendo hecho para activar
suficientemente el compensador de cada de la lnea para si obtener resultados
positivos.
1. Ajuste el control de nivel de tensin en ambos los paneles en el mismo valor, o
sea 120 V.
2. Ponga la compensacin de resistencia (R) en el cero en ambos los reguladores.
3. Ponga la compensacin de reactancia (X) en ambos los paneles en valores
iguales y mayor que 15V.
4. Ajuste la llave de transferencia en la posicin "Auto".
Despus que los reguladores pararen, el regulador con la mayor tensin de
sallida (ms prximo del Tape mximo), s el regulador en retrazo y el otro
regulador ser el adelantado.
54
TABLA 7RESISTENCIA Y REACTANCIA DE LNEA DE TRANSMISIN
55
Datos del ReguladorVer la placa de caractersticas
Conexin del Circuito
Tensin de operacin
del regulador (kV)
Corriente
nominal del
regulador
Monofsico
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 clculo
Los ejemplos presentados al siguir demonstran el clculo de los ajustes de R y X
para aplicaciones diferentes.
12.2.1. Carga concentrada
FIGURA 51Datos suministrados:
Sistema : 7620/13200 Volts - Y puesto a tierra
Reguladores : 3, monofsico, 219 Ampres
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 Ampres
Relacin del TP: 5,631207620 =
Para mantener 120 V nominal en la carga concentrada, los valores calculados RS
y XS, utilizando las frmulas simplificadas serian:
RC : volts91,15,63
)555(.219 =
XC : volts41,25,63
)698(.219 =
57
Normalmente, las reglajes son hechas en valores unitrios, de esta manera en
este ejemplo probabelmente seria determinado en 2 Volts para "R" y 2 volts para
"X".
12.2.2. Carga distribuda
FIGURA 52
Datos suministrados:
Sistema : 13800 Volt delta
Reguladores : 3, monofsico, 100 Ampres
Conductor : 1/0 cobre (0 MCM)
Longitud del conductor: 5 millas
Espaciamento equivalente del conductor: 40 pulgadas.
Corriente de lnea (IL) : 90 Ampres
Factor de potencia : 80
Mxima tensin permisible en el primrio del primero transformador = 122 Volts
En virtud de la carga distribuda, 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 Ampres
Relacin del TP: 115120
13800 =
58
Para mantener los 120 Volts nominal en el ltimo transformador de la carga
distribuda, los valores de RC y XC calculados, empleando las frmulas
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 relacin del TP, de
las frmulas arriba, fu transformada en la base de fase para fase. Adems, las
reglajes calculadas del compensador deben ser cambiadas para corregir el retraso
de la corriente. Las reglajes cambiadas, empleando las frmulas 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 cada de la lnea, la
tensin nominal ser mantenida en el primrio del ltimo transformador. Sin
embargo, la superexcitacin del primero transformador podr causar una
preocupacin.
Una manera sensilla para si determinar la tensin en el primero transformador s
el empleo de las siguientes frmulas.
El primero transformador localizado en el terminal de sallida del regulador.
C0 I
seno)(cos)( CLC
CLL
XII
enoRIVV ++=
59
El primero transformador localizado un poco lejo de los terminales de sallida del
regulador:
TP delRelacin 0 seno 0 cos
0eLeL
IXIenoRIVV ++=
Adonde:
V0: Tensin de sallida del regulador en Volts
(Valor equivalente basado en la relacin del TP)
VL: Tensin que deber ser mantenida en el punto de regulacin en Volts
(Valor equivalente basado en la relacin del TP)
VI: Tensin en el primrio del primero transformador en Volts
(Valor equivalente basado en la relacin del TP)
IL: Corriente de lnea en Ampres
IC: Corriente primria nominal del TC en Ampres
RC: Reglaje de la resistencia del compensador en Volts (calculada por la
frmula 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 frmula
simplificada)
Xe: Reactancia total de una fase entre el regulador y el primero transformador
en Ohms.
Ejemplo de clculo:
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
est 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 mxima tensin admisible en el primero transformador s 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 correccin puede ser efectuada multiplicandose las reglajes por la proporcin:
L
L
VactualVVadmisibleV
)()(
0
0
Para este ejemplo, la proporcin s:
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 APLICACIN DE LOS REGULADORES EN EL PLANEAMIENTO DELOS ALIMENTADORES DE DISTRIBUICIN
13.1. Recomendaciones
Con base en las experiencias de las concesionrias que utilizan reguladores de
tensin monofsicos en la red de distribuicin, tenemos algunas
recomendaciones:
1) La tensin en cada seccin del alimentador debe estar entre 93,5 y 105% de la
tensin nominal del sistema.
2) La anchura de faja ajustada en el rel regulador de Tensin debe ser de 1Volt.
61
3) El retrazo de tiempo para el regulador instalado en la sallida del alimentador
de la subestacin debe ser de 30 segundos y para los instalados en el sistema
de distribuicin en serie con aquel debe ser de una diferencia mnima de 15
segundos entre ellos. Con eso, los reguladores instalados ms lejos de la
subestacin tienen un tiempo de retrazo mayor que los ms 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 computacin Planel. Debese hacer el
estudio para las situaciones de demandas mximas y mnimas para que no
ocurran problemas de sobretensiones y subtensiones en el sistema.
13.2.1. Aplicacin
Este software si aplica al sistema de alimentadores areos radiados con tramos
monofsicos y/o trifsicos localizados en reas urbanas y rurales. La ltima
revisin considerable de este software fue hecha en marzo de 1994 y el mismo
fu sometido en 1998 a algunas mejorias, pero no cambiando los resultados
bsicos de la versin de 1994. La versin de 1994 puede ser utilizada sin
perjuicio de los resultados.
13.2.2. Funciones
Sus funciones son:
1) Clculo de cortocircuito trifsico y fase tierra en alimentadores;
2) Clculo de perfis de carga y tensin en alimentadores;
3) Simulacin de condensadores y reguladores de tensin.
62
13.2.3. Principio Bsico
El alimentador s dividido en secciones.
Nota: La definicin de seccin s de un segmento del alimentador cuyos extremosson puntos caracterizados por:
- Derivacin de ramal especfico;
- Derivacin de ramal con carga y/o extensin considerable;
- Instalacin del banco de reguladores de tensin;
- Instalacin de capacitores;
- Equipamiento de maniobra y/o protecin;
- Interligacin 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
- tensin en la subestacin (V);
- demanda (kVA);
- factor de potencia;
- nmero de ramales (mximo = 20) y demanda kVA de cada uno;
- nmero de secciones del alimentador (mximo = 400);
- tensin nominal (V);
- corriente de cortocircuito trifsica de la subestacin (A);
- corriente de cortocircuito monofsica para la tierra de la subestacin
(A);
- flujo de potencia trifsico de cortocircuito;
- flujo de potencia monofsico de cortocircuito;
- resistncia de la falta de secuencia cero (Ohms).
63
13.2.4.2. Datos Generales de las Secciones del Alimentador
- nmero de secciones;
- fases;
- cdigo del cable;
- longitud de la seccin (km);
- capacidad instalada (kVA);
- demanda concentrada (kVA);
- condensador existente (kVA);
- condensador simulado (kVAR);
- factor de potencia de la seccin;
- regulador simulado; si o no;
- regulador existente; si o no;
- corriente primria del TC del regulador;
- ajuste RC (V);
- ajuste XC (V);
- nivel de tensin del regulador (V);
- relacin del TP regulador (V);
- faja de regulacin mxima (%);
- punto de regulacin.
Siguen anexo los resultados de este software de algunas situaciones arbitrarias
en un alimentador cualquier.
64
65
REV. C AGO/2001