Analysis of power factor quality in low voltage distribution grids in view of new types of user equiptment

Abstract

Este estudio abordará el problema de incrementar la capacidad de cortocircuito una red débil mediante la instalación de nuevas máquinas eléctricas de baja tensión. El valor de las corrientes de cortocircuito de esta red es bastante bajo. Con el objetivo de aumentar la potencia de cortocircuito de dicha red, se ha instalado una máquina eléctrica. El cual, contribuirá a aumentar el valor de las corrientes de cortocircuito durante la falta, logrando una actuación más rápida de los fusibles y cumpliendo el criterio de selectividad. En este trabajo se realizará un estudio de la viabilidad del proyecto. Para lograr este objetivo, se han probado diferentes soluciones. Tras un análisis exhaustivo, se han descubierto los factores que determinan el comportamiento de la máquina durante la falta. El análisis de los resultados obtenidos muestra que el correcto funcionamiento de la máquina utilizada dependerá del bus en el que se instale, de su voltaje, inercia y parámetros del modelo. En primer lugar, se ha intentado resolver el problema instalando un motor eléctrico en uno de los radiales pertenecientes a la red. La contribución del motor resulta ser alta si la falta ocurre en una derivación cerca del motor. Por otro lado, el motor eléctrico apenas contribuye al aumento de la corriente de cortocircuito si la falta se produce en un radial diferente al cual se ha instalado el motor. Con el fin de encontrar la solución más apropiada, se han llevado a cabo distintas simulaciones que tienen por objeto asegurar la respuesta más óptima ante un cortocircuito. Estas simulaciones abarcan tanto máquinas síncronas como de inducción. El estudio finaliza proponiendo una solución utilizando una configuración con tres motores de inducción conectados en diferentes radiales, lo más cerca posible de las cargas. Obteniendo una contribución de corriente de cortocircuito adecuada que logra una actuación más rápida de las protecciones independientemente de donde tenga lugar la falta trifásica.

The problematic situation presented in this project is about the use of new low voltage electric machines with the aim of increasing the short-circuit capacity. The electric grid of this study is very weak. Hence, the short-circuit current values are low. In order to enhance the short-circuit current, an electric machine has been placed in one bus of the weak grid. This electric motor will contribute to increase the short-circuit current value. Therefore, the fuses will actuate faster and the selectivity criterion will be assured. This project deals with the process of achieving a feasible solution for it. Different possible solutions have been tested to mitigate this problem. During this long research, a lot of interesting issues have been discovered which could be determinant to say whether the machine could work or not. The analysis of the results obtained from this abrupt study shows that a good and efficient functioning of the electric machine will depend on the bus in which is placed, the voltage of that bus, its inertia and its model parameters. First, it has been tried to solve the problem by placing just one electric motor in one of the radials of the weak grid. The short-circuit current contribution of the motor is high if the fault occurs in the same radial in which the motor is placed and close to it. On the other hand, the electric motor hardly provides short-circuit current to the system if the spot of the fault is in a different radial. Hence, several simulations have been performance in order to achieve the best solution and ensure a good contribution whenever the fault occurs. All these calculations include induction machines and synchronous machines. Finally, the system with three induction motors has been deeply studied, each motor is placed in different radials, therefore, all faults will have enough extra short-circuit current contribution from the machines. Furthermore, a faster current interruption by the fuse will be accomplished.