DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA DE PRUEBA

El sistema eléctrico de distribución a utilizar para probar los distintos tipos de compensadores de reactivos es el mostrado en la Fig. 2-1, el cual consta de: 2.1.1 Sistema Equivalente

Sirve para modelar el sistema eléctrico de potencia que alimenta al sistema de distribución a utilizar: se representa como una fuente de tensión trifásica, conectada en estrella aterrizada a tierra, de 15 kV RMS entre fases, su frecuencia de trabajo es de 50 Hz, el nivel de corto circuito es de 100 MVA y la relación X/R es de 15 (pu).

2.1.2 Líneas de Distribución

El sistema posee dos líneas de distribución trifásica sin neutro, cada una posee una longitud de 2 km y están diseñadas con conductor AWG 1/0, el cual tiene las características técnicas mostradas por la Tabla 2-1; la separación entre los conductores extremos es de 2.2 m y entre dos conductores consecutivos es de 1.1 m. Se considera además una resistividad del terreno de 100 Ohm/m.

Fig. 2-1: Sistema Eléctrico de Distribución de Prueba

Se utiliza un transformador de 300 kVA, 15000/380, sus devanados tienen una conexión Dy11 y la impedancia de corto circuito es de un 4%.

2.1.4 Banco de Condensadores

El sistema posee un banco de condensadores debido a que es muy común en la práctica que se utilicen estos dispositivos para aumentar la tensión de una barra y corregir el factor de potencia, cada condensador del banco posee una capacitancia de 18 µF cuando se conecta en estrella y de 6 µF cuando se conecta en delta, que a tensión nominal inyecta 424.12 kVAr por fase. Posteriormente este será reemplazado por los distintos tipos de SVC a estudiar.

2.1.5 Cargas

El sistema posee 4 cargas típicas de un sistema de distribución, como lo son el consumo industrial, el comercial, el residencial y las luminarias. En las Fig. 2-2, Fig. 2-3 y Fig. 2-4 se pueden observar ejemplos de cómo varía la potencia activa y reactiva para estos tipos de carga, cabe destacar que estas gráficas pertenecen a mediciones reales hechas por el grupo de empresas SAESA. Para el caso de las luminarias se utiliza una carga fija de 33 kW con factor de potencia 0.8 que se conecta desde las 19:00 hrs. hasta las 07:00 hrs.

Tabla 2-1: Características del Conductor Utilizado

CALIBRE AWG DIÁMETRO mm ÁREA mm2 RESISTENCIA A

20°C /km

Fig. 2-2: Consumo de Potencia de una Carga Tipo Industrial

Fig. 2-3: Consumo de Potencia de una Carga Tipo Comercial

REPRESENTACIÓN DEL SISTEMA EN SIMULINK

Para implementar este sistema en MATLAB se hace uso de otro software adicional llamado SimPowerSystems, el cual es una herramienta de diseño que permite crear modelos que simulan sistemas eléctricos de potencia de manera rápida y sencilla utilizando el entorno Simulink.

El sistema equivalente se representa por medio del bloque “Three Phase Source”, este posee una impedancia R-L interna y además permite elegir el tipo de conexión de las fuentes, ya sea en estrella, estrella con neutro o estrella aterrizada a tierra.

Para calcular las líneas de distribución, se utiliza el software “Compute RLC Line Parameters” incluido en el bloque “Powergui”. Como datos de entrada se ocupan los valores indicados en la Subsección 2.1.2 y la Tabla 2-1, los resultados se muestran en la Tabla 2-2. La línea es representada por el modelo de parámetros distribuidos (bloque “Distributed Parameter Line”).

El transformador es modelado con el bloque “Three Phase Transformer (Two Windings)”, los datos técnicos son sacados de la Referencia [12] y las magnitudes requeridas por el software son calculadas de la siguiente manera:

(2.1)

Tabla 2-2: Resultado del Cálculo de la Línea de Distribución Mediante el Software “Compute RLC Line Parameters”

RESISTENCIA EN SECUENCIA + Y 0 INDUCTANCIA EN SECUENCIA + Y 0 CAPACITANCIA EN SECUENCIA + Y 0 R1Ohm/km R0Ohm/km L1 H/km L0 H/km C1 F/km C0 F/km 0.31012 0.45468 0.0011421 0.0050602 10.275µ 4.1021µ

Se utiliza el ensayo de cortocircuito para conocer tanto la resistencia de los devanados como la reactancia de dispersión que existe debido a los flujos que se distribuyen por caminos no magnéticos, en particular por los conductores

y el aire que rodea a las bobinas.

La potencia absorbida en este ensayo coincide con las pérdidas en el cobre de los arrollamientos, las cuales son expresadas como porcentaje de la potencia nominal por medio de la Ecuación 2-2.

(2.2)

Con este resultado y la ayuda de la Ecuación 2-3, es posible determinar el valor de la resistencia en (pu) de los devanados del transformador, como se muestra a continuación:

(2.3)

De la misma manera y sabiendo que la impedancia de corto circuito en (%) del transformador es de un 4%, ver Referencia [12], puede determinarse el valor de las reactancias de dispersión en (pu). Las Ecuaciones 2-4 y 2-5 son utilizadas para calcular este valor.

(2.4)

Del ensayo en vacío del transformador se sabe que:

(2.6)

(2.7)

(2.8)

Por lo tanto:

Típicamente el factor de potencia en vacío de un transformador de distribución varía entre 0.2 y 0.3, por lo que para este caso:

(2.9)

(2.10)

Finalmente, la Tabla 2-3 muestra un resumen de los parámetros del transformador requeridos por el software de simulación.

Debido a que las cargas son dinámicas, es decir la potencia que consumen va variando en el tiempo, se utiliza el bloque “Three-Phase Dynamic

Load”. Puesto que este permite regular el consumo de potencia como el usuario estime conveniente, en este caso se intenta simular la carga industrial, la carga comercial y la carga residencial mostradas en las Fig. 2-2, Fig. 2-3 y Fig. 2-4 (ver Subsección 2.1.5), los resultados son mostrado en las Fig. 2-5 a Fig. 2-7.

Tabla 2-3: Parámetros del Transformador de Distribución SNk VA V1N KV F HZ R1T (pu) R2T (pu) X1T (pu) X2T (pu) RFE (pu) XFE (pu) 300 15/0.38 50 0.00665 0.00665 0.1885 0.1885 384.82 78.56

Fig. 2-5: Consumo de Potencia de la Carga Industrial Simulada

Fig. 2-7: Consumo de Potencia de la Carga Residencial Simulada