TEMA 7 - REGULACION DE TENSION, COMPENSACION.
La distribución eléctrica, salvo algunas pocas excepciones, desde sus comienzos se desarrollo alimentado a los usuarios en derivación, ya que así era fácil conectarlos y desconectarlos, y en consecuencia los aparatos se proyectan para funcionar a una tensión definida, que se llama tensión nominal.
Al alimentar con tensión mayor de la nominal en general se afecta la vida útil del aparato, en cambio al alimentarlo a tensión menor se afecta su eficacia, observemos una lámpara como ejemplo más simple, en sobre tensión se agota rápidamente, en subtension, la luz es escasa.
Los aparatos tienen una característica, su tensión nominal, grabada en su chapa de características, y un rango de variación aceptable de tensión que esta establecido generalmente en las normas que corresponden al aparato.
Así en el proyecto de la red eléctrica, y en su funcionamiento se hace un gran esfuerzo en lograr entregar a los usuarios una tensión lo más próxima posible a la nominal, definiéndose variaciones de tensión relativamente pequeñas, que se tratan de respetar en casi todas las condiciones.
Las líneas para las
cuales son despreciables los parámetros derivación (líneas cortas), quedan representadas por una impedancia serie, y
presentan una caída de tensión de fase (aproximada):
Deltau = (r * cosfi + x
* senfi) * long * Corr
Al variar la corriente
que la línea transmite (al variar la carga), con tensión constante en el
extremo emisor, se observa en el receptor como varia la tensión.
Cuando los parámetros
derivación no son despreciables (línea media – larga) el calculo es más
complejo, se representa la línea con el correspondiente cuadripolo, se le
aplica la carga de interes (en el extremo carga) y la tensión correspondiente
(en el extremo fuente) y se determina la tensión en el extremo carga, y la
diferencia entre las tensiones fuente – carga (emisor – receptor).
Veamos cualitativamente que ocurre en la línea larga en distintos estados de carga, en vacío se la puede considerar como una línea corta cargada con su capacitancia, la corriente capacitiva que circula en la impedancia serie, causa una sobrelevacion de tensión en el extremo receptor, efecto Ferranti.
Si la carga es capacitiva el efecto de sobreelevacion de tensión es más notable.
Para controlar esto las líneas de alta tensión de longitud importante (500 kV – 200 km) o los cables subterráneos (132 kV – 50 km) se cargan con reactores, carga inductiva pura, el efecto es como si se redujera la capacitancia de la línea.
Es valioso el ejercicio de calcular el efecto de distintos estados de carga resistivo, inductivo – resistivo, capacitivo – resistivo, observando las tensiones que se presentan en el receptor, los valores de carga pueden tomarse alrededor de la potencia natural, y por encima y por debajo de la misma.
El modelo de transformador lo hemos visto con una impedancia serie, y una admitancia derivación, para el calculo de la caída de tensión la admitancia derivación es generalmente despreciable, el efecto de la impedancia serie es el mismo que para la línea corta.
Debe observarse que en situaciones comparables, para las líneas la relación R / X es mayor que para los transformadores, para el caso del sistema de 500 kV se tiene aproximadamente R/X = 1/10 para las líneas y 1/30 para los transformadores.
En los transformadores más pequeños la impedancia es del orden del 4% y llega a 15% (o más) en las maquinas muy grandes.
Las variaciones de tensión que se presentan por los transformadores son entonces de importancia.
El elemento que permite jugar con la tensión que entrega el transformador es la posibilidad de variar el numero de espiras, la relación de transformación.
En los transformadores de distribución se tienen topes de regulación, que permiten seleccionar una tensión secundaria adecuada.
En los transformadores de mayor potencia se pueden tener variadores de relación bajo carga, que adaptan la relación de transformación, con el objetivo de entregar un valor adecuado al cambiar las condiciones de la red y de la carga.
El variador de relación esta formado por una serie de derivaciones del arrollamiento del transformador, un conmutador que cambia la conexión de la derivación, y un juego de interruptores que conectan y desconectan las derivaciones en el momento oportuno.
La variación de tensión
depende de la carga,
Deltau = (r * cosfi + x
* senfi) * long * Corr
y como generalmente X
> R y cosfi < 1 e inductivo, se puede pensar en incrementar el coseno fi
de la carga, acercándolo a 1 (el seno fi se acerca a 0), y además la corriente
tomada por la carga compensada se reduce.
Con este artificio se reducen las caídas de tensión.
El otro artificio que puede utilizarse para reducir la variación de tensión es actuar sobre l valor de X haciendo compensación serie de la linea, esto se observa en los sistemas de alta tensión (500 kV) pero no es frecuente en tensiones menores, para las que se prefiere compensar la carga, utilizando capacitores derivación.
La ventaja que tiene la compensación serie es que actúa sobre el parámetro reactancia del la linea, mientras que la compensación derivación actua sobre la corriente de carga, y entonces su magnitud debe variar con ella.
El capitulo 6 relaciones de voltaje y corriente en una línea de transmisión - del libro de Graiger y Stevenson - ANALISIS DE SISTEMAS DE POTENCIA es la lectura adecuada completar estos temas.
Francesco Iliceto - Impianti elettrici – Volume 1 – Ed. Patron – Capitolo 5 – la regolaziones della tensione