Requerimientos del Condensador Gradual para Bancos de Condensadores con Gabinete Metálico Utilizando Interruptores de Vacío con dos o más Series de termos Conectados

Los Filtros de Armónico y Bancos de Condensadores aplicadas en el nivel de tensión de 34,5kV a 38kV normalmente utilizan conmutadores de vacío (como se ve en la Figura 1) equipados con dos o más series de interruptores de vacío conectados. Estos conmutadores de vacío, cuando se aplican dentro de un gabinete metálico, tienen más posibilidades de volver a producir golpes y resultar en el daño del equipo.

Para reducir estas posibilidades, NEPSI recomienda un condensador gradual conectado a través de cada una de las series de interruptores de vacío conectados. Esta nota técnica proporciona información de fondo de las recomendaciones anteriores y está basada en el análisis actual y eventos experimentados por NEPSI durante la puesta en marcha de dos Bancos de Condensadores Automáticos con Gabinete metálico de 3 Etapas 3 Escalones, 18 MVAR, 34,5kV compradas por la ciudad de Burbank.

Definiciones
Tensión de Recuperación de Transitorio – También conocido como TRV, se define como la tensión a través de los contactos de vacío de un conmutador de vacío siguiente inmediatamente la interrupción de la corriente. La desactivación del condensador proporciona un alto nivel de tensión de recuperación transitoria para los conmutadores de vacío a medida que la máxima tensión positiva o negativa es atrapada en el condensador siguiendo la interrupción de la corriente.

Golpe – Se define como recebado de la corriente de carga siguiendo la interrupción de la corriente dentro de un conmutador de vacío. Esto ocurre durante el proceso de interrupción del conmutador cuando los contactos de apertura de un conmutador de vacío no logran una recuperación dieléctrica adecuada y el arco extinguido recebado (“golpe”). El recebado puede resultar en sobretensiones transitorias del sistema y el condensador de tensión de fase-neutra del sistema de 3, 5, 7 e incluso 9 por unidad. La figura 2 muestra una típica ruptura de caja causada por el golpe del conmutador de vacío. En este particular caso de golpe, cinco rupturas de recipientes de condensadores, como se muestra.

Descripción del Problema
Los conmutadores de vacío que utilizan dos o más series de termos conectados trabajan en la premisa que cada termo compartirá porcentajes iguales de la tensión de recuperación transitoria durante la interrupción. La aplicación de esta premisa le permite a los fabricantes de conmutadores de vacío utilizar termos clasificados de tensión de potencia para lograr una interrupción de corriente de carga en niveles de tensión más altos. Cuando la tensión de interrupción transitoria no se comparte de manera igualitaria, sin embargo, la interrupción del golpe libre de carga puede que no se lleve a cabo. El golpe resulta en el recebado del flujo de carga y es seguido de una alta tensión y transitorio de corriente similar a un sobreexceso experimentado durante la activación del condensador (ver la nota técnica de NEPSI sobre los Transitorios de Conmutación del Bando de Condensadores en la siguiente dirección electrónica http://www.nepsi.com/transients.htm). Sin embargo, el transitorio es mucho peor y puede resultar en el daño del equipo, como se muestra y se experimenta nuestro equipo en la Figura 2. .

Figura 3 – Tensión de Condensador, Tensión de Termo y Tensión de Línea con Cmech + Cstray = 35Pf

La figura 3 ilustra que el golpe es más probable en los conmutadores de vacío que utilizan dos o más series de termos conectados. La figura muestra una representación de una etapa de un conmutador de vacío usando dos series de termos conectados, fuentes de tensión de utilidad, Bancos de condensadores de 2 MVAR, capacidad del termo, y la capacidad conectada al punto medio del termo. La capacidad del punto medio consiste de Cstray y Cmech. Cmech existe sin importar si el banco está ensamblada en un gabinete o fuera de la cremallera. Cstray consiste de la capacidad para todos los otros objetos aislados (en nuestro case, el gabinete metálico).

La capacidad del punto medio causa una división desigual de tensión entre las dos series de termos durante la interrupción. Perfectamente, como se indica anterior, se espera una división igual de tensión entre los termos. La división desigual de tensión causa que el termo arcén transporte una cantidad desproporcionada de Tensión de Recuperación Transitoria (TRV) durante la desactivación del banco. Basándose en las medidas de campo, casi 70% de la TRV puede ser distribuida a través del termo arcén (en un conmutador de dos termos), mientras que el termo de carga de costado experimenta cerca de un 30-5. La figura 4 ilustra cómo la división de tensión es desarrollada durante la desactivación. Al mirar la figura y las ecuaciones, y asumiendo que C1 es igual a C2, es obvio que la suma de Cmech+Cstray causa la división desigual de tensión.

Figura 4 - Tensión de Condensador, Tensión de Termo y Tensión de Línea con Cmech + Cstray = 35Pf

Resultados EMTP
Las figuras 5 y 6 a continuación muestran los gráficos de las señales como son simuladas en EMTP por NEPSI utilizando información de prueba del campo del sistema actual en la Ciudad de Burbank. Las señales muestran una tensión desproporcionada a través de los costados del termo. Casi un 70% de TRV es dejado caer a través del arcén del termo y sólo un 30% a través del lado de carga del termo. Esta porción desigual resultó en un golpe conmutador.

Figura 5 - Tensión de Condensador, Tensión de Termo y Tensión de Línea con Cmech + Cstray = 35Pf

Clave para la Figura 5
Tensión del Condensador a Tierra
Tensión a Través del Termo Arcén durante la interrupción
Tensión a Través del Lado de Carga del Termo durante la interrupción
Tensión de Sistema Fase-Tierra en los Terminales del Banco de Condensadores

Figura 6 – Corriente del Condensador con Cmech + Cstray = 35Pf

Clave para la Figura 6

Corriente de Conmutador o Corriente de Bancos de Condensadores

• Después de la instalación del conmutador de vacío dentro del gabinete, mida la capacidad través de cada termo cuando el conmutador esté en la posición de apertura. Una gran cantidad, una medida de capacidad baja como la que se muestra en la figura 7, es necesaria para realizar esta prueba. Si no se miden los valores igualitarios de capacidad, instale condensadores graduales del tamaño suficiente para ecualizar la tensión.
  
  
• Después de la instalación de los condensadores graduales, vuelva a revisar l capacidad a través de cada termo para asegurar los valores igualitarios. Si los valores no son lo suficientemente iguales, ajuste el tamaño del condensador gradual.

Figura 8 – La foto a la izquierda muestra un Banco automática de condensadores de 3 etapas 3 escalones de 18 MVAR mientras se cargan para el envío a la Ciudad de Burbank. El Banco era de una construcción de acero inoxidable y pintada de los colores requeridos por los clientes. Después de la instalación de los condensadores graduales, los conmutadores de vacío operan libres de golpes durante la desactivación.

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