Un condensador conmutado por tiristores ( TSC ) es un tipo de equipo que se utiliza para compensar la potencia reactiva en los sistemas de energía eléctrica. Consiste en un condensador de potencia conectado en serie con una válvula de tiristor bidireccional y, normalmente, un reactor limitador de corriente ( inductor ). El condensador conmutado por tiristores es un componente importante de un compensador de VAR estático (SVC), [1] [2] donde a menudo se utiliza junto con un reactor controlado por tiristores (TCR). Los compensadores estáticos VAR son un miembro de la familia de sistemas de transmisión de CA flexibles (FACTS).
Diagrama de circuito
Un TSC suele ser un conjunto trifásico, conectado en triángulo o en estrella. A diferencia del TCR, un TSC no genera armónicos y, por lo tanto, no requiere filtrado. Por esta razón, algunos SVC se han construido solo con TSC. [3] Esto puede conducir a una solución relativamente rentable en la que el SVC solo requiere potencia reactiva capacitiva, aunque una desventaja es que la salida de potencia reactiva solo se puede variar en pasos. La salida de potencia reactiva continuamente variable solo es posible cuando el SVC contiene un TCR u otro elemento variable como un STATCOM .
Principios de operacion
A diferencia del TCR, el TSC solo se opera completamente encendido o completamente apagado. Un intento de operar un TSC en '' control de fase '' resultaría en la generación de corrientes resonantes de amplitud muy grande, lo que provocaría un sobrecalentamiento del banco de capacitores y la válvula de tiristores, y distorsión armónica en el sistema de CA al que está conectado el SVC.
Corriente de estado estacionario
Cuando el TSC está encendido, o "desbloqueado", la corriente conduce al voltaje 90 ° (como con cualquier capacitor). La corriente rms viene dada por:
Dónde:
V svc es el valor rms de la tensión de la barra colectora de línea a línea a la que está conectado el SVC
C tsc es la capacitancia total de TSC por fase
L tsc es la inductancia TSC total por fase
f es la frecuencia del sistema de CA
El TSC forma un circuito resonante inductor-condensador (LC) con una frecuencia característica de:
La frecuencia sintonizada generalmente se elige en el rango de 150-250 Hz en sistemas de 60 Hz o 120-210 Hz en sistemas de 50 Hz. [4] Es una elección económica entre el tamaño del reactor TSC (que aumenta con la frecuencia decreciente) y la necesidad de proteger la válvula de tiristor de corrientes oscilatorias excesivas cuando el TSC se enciende en un punto de onda incorrecto ("fallo de encendido '').
El TSC generalmente se sintoniza a un armónico no entero de la frecuencia de la red para evitar el riesgo de que el TSC se sobrecargue por las corrientes armónicas que fluyen hacia él desde el sistema de CA.
Voltaje de estado desactivado
Cuando el TSC está apagado o "bloqueado", no fluye corriente y el voltaje es soportado por la válvula de tiristor. Después de que el TSC haya estado apagado durante un período prolongado (horas), el capacitor se descargará completamente y la válvula de tiristor experimentará solo el voltaje de CA de la barra colectora del SVC. Sin embargo, cuando el TSC se apaga, lo hace con corriente cero, correspondiente al voltaje máximo del capacitor. El condensador solo se descarga muy lentamente, por lo que el voltaje experimentado por la válvula de tiristor alcanzará un pico de más del doble del voltaje máximo de CA, aproximadamente medio ciclo después del bloqueo. La válvula de tiristores debe contener suficientes tiristores en serie para soportar este voltaje de forma segura.
Desbloqueo - condiciones normales
Cuando el TSC se enciende ("desbloquea") nuevamente, se debe tener cuidado de elegir el instante correcto para evitar crear corrientes oscilatorias muy grandes. Dado que el TSC es un circuito resonante, cualquier excitación de choque repentino producirá un efecto de timbre de alta frecuencia que podría dañar la válvula del tiristor.
El momento óptimo para encender un TSC es cuando el capacitor todavía está cargado a su valor pico normal y el comando de encendido se envía al mínimo de voltaje de la válvula. Si el TSC se desbloquea en este punto, la transición de regreso al estado de conducción será suave.
Desbloqueo: condiciones anormales
A veces, sin embargo, el TSC puede encenderse en un instante incorrecto (como resultado de una falla de control o medición), o el capacitor puede cargarse a un voltaje por encima del valor normal de modo que incluso con el mínimo de voltaje de la válvula, un gran resultados de corriente transitoria. La corriente en el TSC consistirá entonces en un componente de frecuencia fundamental (50 Hz o 60 Hz) superpuesto a una corriente mucho mayor en la frecuencia sintonizada del TSC. Esta corriente transitoria puede tardar cientos de milisegundos en desaparecer, tiempo durante el cual el calentamiento acumulativo en los tiristores puede ser excesivo.
Equipo principal
Un TSC normalmente comprende tres elementos principales de equipo: el banco de condensadores principal, la válvula de tiristor y un reactor limitador de corriente, que generalmente tiene núcleo de aire.
Batería de condensadores
El elemento de equipo más grande en un TSC, el banco de capacitores, se construye a partir de unidades de capacitores exteriores montadas en bastidor, cada unidad generalmente tiene una clasificación en el rango de 500 a 1000 kilovarios (kVAr).
Reactor TSC
La función del reactor TSC es limitar la corriente máxima y la tasa de aumento de la corriente (di / dt) cuando el TSC se enciende en un momento incorrecto. El reactor suele ser un reactor con núcleo de aire, similar al de un TCR, pero más pequeño. El tamaño y el costo del reactor TSC están fuertemente influenciados por la frecuencia de sintonización del TSC, las frecuencias más bajas requieren reactores más grandes.
El reactor TSC generalmente se encuentra en el exterior, cerca del banco de condensadores principal.
Válvula de tiristor
La válvula de tiristores generalmente consta de 10-30 pares de tiristores conectados en paralelo inverso conectados en serie. La conexión en paralelo inverso es necesaria porque la mayoría de los tiristores disponibles comercialmente pueden conducir corriente en una sola dirección. La conexión en serie es necesaria porque la tensión nominal máxima de los tiristores disponibles comercialmente (hasta aproximadamente 8,5 kV) es insuficiente para la tensión a la que está conectado el TCR. Para algunas aplicaciones de bajo voltaje, puede ser posible evitar la conexión en serie de tiristores; en tales casos, la válvula de tiristores es simplemente una conexión en paralelo inverso de dos tiristores.
Además de los tiristores en sí, cada par de tiristores en paralelo inverso tiene un circuito de resistencia- condensador '' amortiguador 'conectado a través de él, para forzar el voltaje a través de la válvula a dividirse uniformemente entre los tiristores y amortiguar el "sobreimpulso de conmutación" que ocurre cuando la válvula se apaga.
La válvula de tiristor para un TSC es muy similar a la de un TCR, pero (para un voltaje de CA determinado) generalmente tiene entre 1,5 y 2 veces más tiristores conectados en serie debido a la necesidad de soportar tanto el voltaje de CA como el condensador atrapado. voltaje después del bloqueo.
La válvula de tiristor generalmente se instala en un edificio ventilado especialmente construido o en un contenedor de envío modificado. El enfriamiento de los tiristores y las resistencias amortiguadoras generalmente se proporciona con agua desionizada .
Tipos especiales de TSC
Algunos TSC se han construido con el condensador y el inductor dispuestos no como un simple circuito LC sintonizado sino como un filtro amortiguado. Este tipo de disposición es útil cuando el sistema de energía al que está conectado el TSC contiene niveles significativos de distorsión armónica de fondo, o cuando existe riesgo de resonancia entre el sistema de energía y el TSC.
En varios "SVC reubicables" construidos para National Grid (Gran Bretaña) , [3] se proporcionaron tres TSC de tamaño desigual, en cada caso con el condensador y el inductor dispuestos como un filtro amortiguado "tipo C". En un filtro tipo C, el condensador se divide en dos secciones conectadas en serie. Una resistencia de amortiguación está conectada a través de una de las dos secciones del condensador y el inductor, siendo la frecuencia sintonizada de esta sección igual a la frecuencia de la red. De esta manera, se proporciona amortiguación para las frecuencias armónicas, pero el circuito no incurre en pérdida de potencia a la frecuencia de la red.
Referencias
- ^ Song, YH, Johns, AT Sistemas de transmisión de CA flexibles. IEE. ISBN 0-85296-771-3
- ^ Hingorani, NG & Gyugyi, L. Entendiendo HECHOS - Conceptos y tecnología de sistemas de transmisión de CA flexibles. IEEE. ISBN 0-7803-3455-8 .
- ^ a b [Horwill, C., Young, DJ, Wong, KTG Un diseño para un SVC conectado terciario reubicable. Conferencia IEE sobre transmisión de energía CA y CC, Londres, 1994.
- ^ R. Mohan Mathur; Rajiv K. Varma (27 de febrero de 2002). Controladores FACTS basados en tiristores para sistemas de transmisión eléctrica . John Wiley e hijos. págs. 73–75. ISBN 978-0-471-20643-9.
enlaces externos
- HECHOS ABB
- Alstom Grid FACTS Solutions Página de inicio de Alstom Grid
- Siemens Flexible AC Transmission Systems (FACTS) , Siemens, página de inicio del sector energético
- https://web.archive.org/web/20090614120113/http://www.amsc.com/products/transmissiongrid/static-VAR-compensators-SVC.html
- https://web.archive.org/web/20111008175713/http://www.amsc.com/products/transmissiongrid/reactive-power-AC-transmission.html