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CURSO OCT07
Regulación de Voltaje y Control de Potencia Reactiva Edición Nº 4 Fecha revisión: Noviembre 2005. 1
ENDESA___________________________________ Indice de Materias
Página
___________________________________________________ Introducción
3
Regulación de voltaje en los generadores
5
Reguladores de voltaje en función de su velocidad de reacción
6
Reg. de voltaje en generadores según características constructivas
6
Régimen de funcionamiento de los generadores
8
Efecto de un regulador de voltaje
9
Regulación paso a paso del voltaje de un generador
12
Sobrerregulación de un generador
16
Cualidades de los reguladores de tensión para generadores
17
Reguladores automáticos de respuesta rápida
18
Regulador Tirril
24
Regulación de voltaje en el transformador
27
Determinación de la regulación de voltaje en un transformador
29
Cálculo de la regulación de voltaje en el transformador
32
Compensación de reactivos
34
Principios de un compensador estático de reactivos
37
Cambiadores de taps bajo carga
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Regulación de voltaje y Control de Potencia Reactiva Introducción La regulación es un proceso en el cual una magnitud física determinada la magnitud a regular- se lleva a un valor previamente dado y se conserva en él. Puede tratarse de magnitudes eléctricas, mecánicas, hidráulicas o de otra naturaleza.
Ejemplo de un circuito de Regulación
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ENDESA___________________________________ El valor previamente dado se llama valor teórico.
Muchas veces es
constante, pero con frecuencia también es variable conforme a un programa previamente establecido. En este caso se sigue al valor de una magnitud de referencia.
Diagrama de bloque de un circuito de regulación Es necesaria una regulación, cuando existen perturbaciones que originan una divergencia de la magnitud a regular con respecto al valor teórico. Cuando se produce esta divergencia, se introduce una variación en la instalación regulada, es decir, se varía una magnitud de ajuste que hace que la magnitud a regular, vuelva a coincidir con el valor teórico.
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ENDESA___________________________________ Regulación de voltaje en los generadores. Los generadores de las centrales eléctricas deben mantener idealmente constante el valor del voltaje de generación.
Curva Voltaje-Potencia de un generador regulado Para tal efecto y considerando que los generadores de las centrales eléctricas siempre estarán sometidos a variaciones continuas de carga, estos deberán permanentemente regular dicho voltaje mediante la variación de su excitación.
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ENDESA___________________________________ Reguladores de voltaje en función de su velocidad de reacción. La regulación de voltaje mediante la regulación manual de la excitación o con dispositivos de reacción tardía, no permite una regulación apropiada del voltaje en los bornes de los generadores, por lo cual se debe recurrir a dispositivos automáticos, llamados reguladores rápidos. Estos dispositivos reaccionan en tiempos muy breves, cuando se produce una variación de carga y por tanto acomodan a valores apropiados la excitación de los generadores. En estas nuevas condiciones que requiere la carga, luego de los ajustes correspondientes a la excitación, se mantiene nuevamente constante el voltaje.
Regulación del voltaje según características constructivas. Tradicionalmente, para conseguir una adecuada regulación de tensión en los generadores, estos se construían con un gran entrehierro. Con ello se lograba una pequeña reactancia de dispersión y por tanto una pequeña reacción de inducido.
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ENDESA___________________________________ En la actualidad, los generadores se construyen con gran reactancia de dispersión y pequeño entrehierro, por lo cual se obtiene una elevada reacción de inducido. Con
este
último
criterio
de
diseño,
se
obtienen
generadores
constructivamente más económicos pero con mayor necesidad de velocidad de variación de sus excitatrices, para obtener una apropiada regulación en sus bornes.
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ENDESA___________________________________ Régimen de funcionamiento de los generadores. En las centrales eléctricas, los generadores pueden operar en: a) Régimen permanente o estable b) Régimen transitorio Régimen permanente o estable Cuando la carga se mantiene estable, es decir, sin variaciones significativas durante periodos muy prolongados, se dice que los generadores operan en régimen estable. Régimen transitorio Si la carga de las centrales eléctricas se modifica constantemente, como sucede en la generalidad de los sistemas eléctricos, los generadores deben adecuarse a las nuevas condiciones de la demanda y por tanto se producen variaciones temporales en los valores de tensión en sus bornes. En dicha circunstancia se dice que los generadores han estado operando en régimen transitorio. Adicionalmente a los valores nominales de voltaje, los generadores de las centrales eléctricas deben funcionar a velocidad constante para mantener sin variaciones el valor de la frecuencia.
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ENDESA___________________________________ Efecto de un regulador de voltaje Para analizar el efecto de un regulador de voltaje, cuando se produce una variación de tensión en los bornes del generador, consideremos el esquema indicado en la Figura 1.
Figura 1
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ENDESA___________________________________ Suponemos que el generador funciona a velocidad constante para mantener sin variaciones el valor de la frecuencia eléctrica, sin carga y a su voltaje nominal. La corriente de excitación que proporciona la excitatriz E, se puede modificar mediante la variación del reóstato R. El interruptor I permite conectar una carga equivalente a la capacidad nominal del generador, carga que en la generalidad de los casos es una carga reactiva. Al cerrar el interruptor I, se aprecia en el voltímetro que el voltaje en los bornes del generador baja bruscamente, como se indica en la Figura 2.
Figura 2
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ENDESA___________________________________ La caída instantánea del voltaje en los bornes del generador, representada por el tramo 1-2, es consecuencia directa de la reactancia del generador y el tramo 2-3 es consecuencia de la reacción de inducido del generador. La mayor o menor reacción de inducido del generador, depende de la componente reactiva de la carga conectada en sus bornes. En el punto 3 de la curva representada en la Figura 2, debería actuar el reóstato R de la Figura 1, para modificar la corriente de excitación, de lo contrario el voltaje en bornes del generador continuará bajando tal como se aprecia en la línea segmentada de la misma figura. Si el tramo 1-2 de la curva que representa la caída de voltaje, se produce en un intervalo de tiempo muy breve, el regulador no puede controlarla, pues la caída de tensión misma es la que da origen a la intervención del regulador de voltaje. No existe dispositivo que sea capaz de prevenir una variación de la tensión, por tanto un regulador será mas eficiente mientras mas cercano al punto 2 de la Figura 2, se produzca su intervención. Los reguladores modernos de alta velocidad de respuesta, inician su operación en el tiempo muy próximo al punto 2.
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ENDESA___________________________________ Regulación paso a paso de la tensión de un generador. Cuando la tensión en bornes de un generador comienza a descender y se actúa instantáneamente sobre el reóstato R representado en la Figura 1, llevando su resistencia hasta un valor mínimo; el valor de la tensión del generador sube bruscamente. Esto último obliga a insertar resistencia con dicho reóstato, para evitar que la tensión suba demasiado.
Figura 3 Si realizamos sucesivamente, la maniobra de insertar y desconectar valores cada vez más pequeños de resistencia en el reóstato R, permitirá que el voltaje en bornes del generador, oscile en valores próximos al voltaje nominal y finalmente termine de estabilizarse en el valor de régimen permanente.
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ENDESA___________________________________ Hemos visto, que en caso de una perturbación del régimen de un generador sincrónico, es necesario que el regulador actúe lo más rápidamente posible. La rapidez de un regulador, depende de los siguientes factores: • La inercia de sus órganos • La distancia a recorrer • El par del órgano motor Supongamos que nuestro regulador actúa muy rápidamente y al máximo de las posibilidades de la excitatriz; por lo tanto, la tensión aumentaría de valor muy rápidamente. Pero si la parte de la curva 3-4, corta la recta OX de la Figura 3, en ese momento el regulador actúa para hacerla bajar, pero, por efecto de la elevada autoinducción de los circuitos inductores, la tensión crece, después decrece, cortando nuevamente al eje OX y si el amortiguamiento del regulador resulta insuficiente, es decir, si el regulador actúa con demasiada rapidez, en relación con el tiempo que necesita el generador para excitarse, se obtiene una función periódica no amortiguada, que provoca oscilaciones de tensión, con grandes amplitudes alrededor del eje OX.
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ENDESA___________________________________ Por lo tanto, hay que dar al regulador, un amortiguamiento apropiado para retardar la regulación. Examinando detenidamente las curvas de la Figura 3 observamos que: 1.- La curva I tiene un amortiguamiento insuficiente como hemos visto; por lo tanto, se obtienen oscilaciones no amortiguadas y el regulador no llega nunca a la posición de equilibrio. 2.- Si aumentamos el amortiguamiento, las oscilaciones del regulador, se hacen rápidamente amortiguadas (curva II) y el regulador llega a la posición de equilibrio, después de dos o tres oscilaciones. 3.-Con un amortiguamiento perfecto, el funcionamiento del regulador se hace aperiódico (Curva III), es decir, se llega a la posición de equilibrio sin ninguna oscilación. 4.- Con un amortiguamiento excesivo, el tiempo de perturbación se hace muy largo y aunque el funcionamiento del regulador es también aperiódico (Curva IV), tarda tiempo excesivo en volver a la posición de equilibrio o, en su caso, no llega nunca a alcanzar esta posición.
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Por tanto, el buen funcionamiento de un regulador de tensión constituye un compromiso entre estos dos factores: • Si la tensión remonta muy rápidamente, existe el peligro de que aparezca una serie de oscilaciones amortiguadas (Curva II). • Si la tensión remonta lentamente, puede suceder que la duración total del restablecimiento de la tensión se alargue innecesariamente (Curva III) ________________________________________________________
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ENDESA___________________________________ Sobrerregulación Al estudiar la regulación manual de un generador, se apreciaba que para disminuir el tiempo comprendido entre 1 y 4 de la Figura 2, se hacía necesario poner el reóstato de campo de la excitatriz en cortocircuito en el momento de la aplicación de la carga; de esta forma, podíamos hacer crecer rápidamente la tensión. O sea, que llevamos el reóstato de excitación más allá del valor estrictamente necesario para que la tensión volviera a su valor primitivo; en resumen, aplicábamos una sobrerregulación. Para entender mejor este proceso, vamos a regular de nuevo manualmente el generador de la forma siguiente: Con el generador todavía en vacío, señalamos el plot del reóstato de excitación que corresponde al valor de la tensión normal a plena carga, cerremos en seguida el interruptor poniendo el generador a plena carga y conectemos en seguida la palanca del reóstato sobre el plot señalado. Veremos entonces que la tensión crece rápidamente al principio y después mas lentamente, en realidad no se obtiene nunca el primitivo valor de la tensión, pero la diferencia entre la tensión obtenida y la tensión del generador en vacío es tan pequeña que podemos admitir que sea la misma. Pero en este caso, el tiempo de la perturbación es de 4 a 5 veces mas largo que en el caso anterior. Es decir que, con sobrerregulación obtendremos una característica de funcionamiento parecida a la curva III de la Figura 3, mientras que sin sobrerregulación esta característica es parecida a la curva IV de la Figura 3.
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ENDESA___________________________________ Cualidades de los reguladores de tensión para generadores. De acuerdo con lo que hemos analizado hasta ahora, podemos decir que un buen regulador de tensión ha de tener las siguientes cualidades: a.- Rapidez de respuesta. Es decir, debe intervenir velozmente después de una variación de carga, para evitar que la tensión caiga rápidamente. Para ello, ha de tener poca inercia, elevado par motor y corto recorrido. b.- Exactitud. Para llevar exactamente la tensión al valor de régimen, después de una perturbación. c.- Sensibilidad. Para reaccionar a las perturbaciones débiles. d.- Amortiguación eficaz. Para evitar la producción de oscilaciones. De ser posible, el amortiguamiento ha de ser ajustable para que el usuario pueda ajustarlo a las características de su generador. e.- Sobrerregulación. Para aprovechar al máximo las posibilidades del generador.
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ENDESA___________________________________ Reguladores automáticos de respuesta rápida Un regulador de este tipo que ha sido adoptado universalmente por las grandes ventajas que representa es el regulador de sectores rodantes. Se denomina regulador de acción rápida.
1.-Bobina del Sistema Voltimétrico 2.-Tambor de aluminio 3.-Resorte Espiral 4.-Resistencias del reóstato 5.-Contactos 6.-Sectores de aluminio 7.-Índice 8.-Escala graduada 9.-Disco de aluminio 10.-Imanes 11.-Piñón 12.-Sector dentado 13.-Resortes de acoplamiento
Figura 4
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ENDESA___________________________________ Dicho regulador está representado esquemáticamente en la Figura 4 y consta esencialmente de tres partes: • El sistema voltimétrico • El reóstato de excitación • Freno El sistema voltimétrico es un pequeño motor de inducción y está formado por un estator cilíndrico de planchas magnéticas y con polos salientes interiores provistos de bobinas. Las bobinas de orden par están conectadas en serie y también lo están las de orden impar, formando de esta manera dos circuitos en uno de los cuales predomina la resistencia mientras que en el otro es mucho mayor la reactancia. Ambos circuitos están acoplados en paralelo; al alimentarlos con la tensión que hemos de regular (en nuestro caso la tensión del alternador) las corrientes fuertemente desfasadas (casi 90º) que recorren ambos circuitos producen un campo giratorio bifásico que tiende a arrastrar con giro hacia la derecha, un tambor de aluminio: en la Figura 4, se ha representado una sola bobina del sistema voltimétrico del regulador.
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ENDESA___________________________________ El rotor o tambor de aluminio va provisto de un resorte en espiral, que actúa de amortiguador y evita que se embale. El sistema voltimétrico mueve el reóstato de excitación
formado por
resistencias unidas a series de contactos dispuestos según arcos de círculo. Las manivelas de maniobra de los reguladores manuales están sustituidas aquí por unos sectores de aluminio de radio menor que el arco de los contactos fijos; estos sectores al rodar sobre los contactos fijos, permiten trasladar el punto de contacto de un extremo a otro de los arcos de circulo con muy pequeño esfuerzo, lo que quiere decir, con muy pequeña variación en la tensión que hemos de regular. Cuando dicha tensión crece (o tiende a crecer) el reóstato aumenta la resistencia intercalada en el circuito de excitación de la excitatriz y la tensión regulada disminuye, volviendo al valor de regulación. El eje del tambor de aluminio lleva un índice que indica sobre una escala la posición del regulador a partir del trazo O que corresponde a la supresión total de la resistencia. El freno amortiguador de oscilaciones, está constituido por un disco de aluminio que gira entre los polos de dos imanes, un sector dentado y un resorte de acoplamiento.
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ENDESA___________________________________ En realidad el eje de giro del sector dentado, es el mismo que el del tambor de aluminio del sistema voltimétrico, pero en la Figura 4, se han separado para facilitar la comprensión del esquema. Con estos reguladores podemos distinguir entre un ajuste astático y otro estático. En el primero, el sistema del muelle está compensado por otro muelle adicional, de tal modo que con tensión regulada constante, el sistema se encuentra en equilibrio en todas las posiciones, es decir, el regulador trabaja a tensión exactamente constante, independientemente de la carga e independientemente también de la posición del regulador. El reajuste estático es necesario cuando varios generadores, cada uno con su regulador, trabajan en paralelo sobre las mismas barras colectoras, cosa que no es posible con la regulación astática. Sucede muchas veces que nos interesa que la tensión en el alternador no se mantenga constante pero si en el extremo de la línea de transporte. En estos casos, es necesario también hacer que actúe la intensidad de corriente, ya que la caída de tensión que debe corregirse, es función de dicha corriente.
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ENDESA___________________________________ En la Figura 5 se muestra el acoplamiento de compensación utilizado para conseguir este valor constante de la tensión en el extremo de la línea de transporte. Se introduce en el circuito de tensión regulado una tensión adicional que está producida en una resistencia óhmica, por la corriente que circula en la línea de tal manera que las dos corrientes se sumen vectorialmente.
1.-Regulador automático de voltaje de acción rápida 2.-Transformador de tensión 3.-Transformador de corriente para la compensación 4.-Conmutador para regulación automática o manual 5.-Resistencia de ajuste de consigna 6.-Reóstato de excitatriz
Figura 5
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La influencia del transformador de intensidad de compensación depende, en este caso, no solamente del valor absoluto de la corriente de la línea, sino también de su desfase en atraso con respecto a la tensión del generador. El transformador de intensidad se instala en la fase S y el regulador de tensión se conecta entre las fases R y S. Para las necesidades del servicio que pueden presentarse en la práctica, basta con la disposición explicada. Sin embargo, conviene advertir que para obtener una compensación rigurosamente exacta en el final de la línea de transporte, es necesario producir la tensión adicional en el circuito de tensión del regulador y no sobre una resistencia óhmica, sino sobre una impedancia que tenga las mismas características de impedancia de la línea.
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ENDESA___________________________________ Regulador Tirrill Otro regulador del tipo rápido es el regulador Tirrill. Veamos cual es el principio en que se basa. Supongamos una excitatriz (Figura 6) en cuyo circuito de excitación existe una resistencia especial R, que puede ponerse en cortocircuito por medio de un contacto S.
Figura 6 En este caso, de resistencia nula en el circuito de campo, la curva 1 de la Figura 7, nos hace ver como el flujo (y también la f.e.m) de la excitatriz tiende a tomar su valor final después de la supresión de la resistencia.
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ENDESA___________________________________ La constante de tiempo T (que es el tiempo que tardaría dicha f.e.m. en alcanzar su valor final de aumentar uniformemente, en línea recta, desde su origen) es ahora relativamente grande. Si se conecta en el circuito la resistencia R, la constante de tiempo del circuito disminuye y la tensión de la excitatriz desciende rápidamente con arreglo a la curva 2.
Figura 7
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ENDESA___________________________________ El fundamento de la regulación rápida en dicho sistema, estriba en la continua conexión y desconexión de la resistencia R, de tal modo que se obtiene para la f.e.m. o para el flujo, la curva en zig-zag 3 de la Figura 7. A causa de la inductancia del arrollamiento de excitación del alternador, la corriente Ie resulta prácticamente constante, si se consigue que el ritmo de las fluctuaciones sea suficientemente rápido. Si en estas condiciones la máquina pierde carga, se alcanzará muy rápidamente la curva en zig-zag 4, correspondiente al nuevo estado permanente, puesto que para el transito se ha utilizado la parte inclinada de la curva 2, cortándose cuando el generador alcanza una tensión demasiado elevada. Para obtener una capacidad de regulación rápida es necesario que las tensiones de excitación se mantengan en una zona suficientemente inclinada de las curvas 1 y 2; es decir, que la excitatriz este ampliamente dimensionada. En el regulador efectivo, la apertura y cierre continuo del contacto S se efectúa por medio de un relé controlado automáticamente por la tensión.
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ENDESA___________________________________ En dicho tipo de regulación, interviene un dispositivo con varios relés continuamente en movimiento, incluso cuando no se efectúa regulación alguna, lo que constituye una desventaja si lo comparamos con regulador de sectores rodantes, el cual trabaja solamente cuando la tensión se aparta de su valor de consigna, permaneciendo en reposo el resto del tiempo.
Regulación de Voltaje en el transformador Puesto que el transformador real tiene impedancias en serie en su interior, su tensión de salida varía con la carga, aun si la tensión de alimentación se
mantiene
constante.
Para
comparar
cómodamente
los
transformadores, en cuanto a esto, se acostumbra a definir una cantidad llamada regulación de voltaje (RV). La regulación de voltaje a plena carga es una cantidad que compara el voltaje de salida del transformador en vacío con el voltaje de salida a plena carga. Se define por la ecuación:
Fórmula 1
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ENDESA___________________________________ Puesto que en vacío, Vs=Vp/a, la regulación de voltaje puede expresarse como:
Fórmula 2 (Donde a es la razón de transformación.) Si el circuito equivalente del transformador esta dado en sistema por unidad, entonces la regulación de voltaje puede expresarse como:
Fórmula 3 Generalmente, se considera conveniente tener una regulación de voltaje tan pequeña como sea posible. Para un transformador ideal, RV=0%. No siempre es aconsejable tener una regulación de voltaje baja, aunque algunas veces los transformadores de impedancia y regulación de voltajes altos se usan deliberadamente para reducir las corrientes de falla en un circuito. 28
ENDESA___________________________________ Determinación de la regulación de voltaje en un transformador Para obtener la regulación de voltaje en un transformador se requiere entender las caídas de voltaje que se producen en su interior. Consideremos el circuito equivalente del transformador simplificado de la Figura 8.
FIGURA 8: Modelo aproximado de transformador, referido al lado secundario
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ENDESA___________________________________ Los efectos de la rama de excitación en la regulación de voltaje del transformador pueden ignorarse, por tanto, solamente las impedancias serie deben tenerse en cuenta. La regulación
de voltaje de un
transformador depende tanto de la magnitud de estas impedancias como del ángulo fase de la corriente que fluye por el transformador. La forma mas fácil de determinar el efecto de la impedancia y de los ángulos de fase de la corriente circulante en la regulación de voltaje del transformador, es analizar el diagrama fasorial, que es un esquema de los voltajes y corrientes fasoriales del transformador. En los diagramas fasoriales siguientes, el Voltaje fasorial Vs se supone con un ángulo de 0º y todos los demás voltajes y corrientes se comparan con dicha suposición. Si se aplica la ley de voltajes de Kirchhoff al circuito equivalente de la Figura 8, el voltaje primario será:
Fórmula 4 Un diagrama fasorial de un transformador es una representación visual de esta ecuación. (Ver Figura 9)
Figura 9 : Diagrama fasorial de un transformador con factor de potencia en atraso. 30
ENDESA___________________________________ La figura 9 nos muestra un diagrama fasorial de un transformador que trabaja con un factor de potencia atrasado. Es muy fácil ver que Vp/a>Vs para cargas en atraso, así que la regulación de voltaje de un transformador con tales cargas debe ser mayor que cero. En la Figura 10, puede verse un diagrama fasorial con un factor de potencia igual a uno. Aquí nuevamente se ve que el voltaje secundario es menor que el primario, donde Vr>0.
Figura 10: Diagrama fasorial de transformador con factor de potencia unitario.
Sin embargo, en esta oportunidad la regulación de voltaje es un número más pequeño que el que tenía con una corriente de atraso. Si la corriente secundaria está adelantada, el voltaje secundario puede ser mayor que el voltaje primario referido. Si esto sucede, el transformador tiene realmente una regulación de voltaje negativa (Ver figura 11).
Figura 11: Diagrama fasorial de transformador con factor de potencia en adelanto 31
ENDESA___________________________________ Calculo de la regulación de voltaje en el transformador Si examinamos el diagrama fasorial de la Figura 9, se pueden observar dos hechos interesantes. Para cargas en atraso (las más comunes en la vida real) los componentes verticales de las caídas de voltaje de la resistencia
y las caídas de voltaje del inductor tienden a cancelarse
parcialmente. También el ángulo entre Vp y Vs es muy pequeño en cargas normales (unos pocos grados a lo sumo). Estos dos hechos significan que es posible deducir una ecuación simple aproximada de caída de voltaje. Esta ecuación aproximada es suficientemente precisa como para un trabajo normal de ingeniería. En un triángulo largo y angosto como el que muestra la Figura 12, el lado mas largo es aproximadamente igual a la hipotenusa. Los componentes verticales de las caídas de voltajes resistivos e inductivos contribuyen solo al lado vertical pequeño del diagrama fasorial. Por tanto, es posible aproximar la tensión de entrada ignorándolos totalmente.
Figura 12: Deducción de la ecuación aproximada para Vp/a
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ENDESA___________________________________ Si solamente se consideran los componentes horizontales, la tensión primaria es aproximadamente:
Fórmula 5 La regulación de voltaje puede calcularse sustituyendo en la Fórmula 2 el término Vp/a, obtenido en la Fórmula 5 relativa a la regulación de voltaje. ________________________________________________________
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ENDESA___________________________________ Compensación de reactivos En los sistemas modernos de transmisión de potencia, la compensación de potencia reactiva de hace mediante el uso de elementos estáticos de operación automática. Se dispone actualmente de dos tipos de equipos de compensación estática. Uno se basa en la tecnología del tiristor controlado y el otro en la tecnología del hierro saturado.
Figura 13: Diagrama unilineal de un reactor compensador
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ENDESA___________________________________ Todos los dispositivos controlados por tiristores, requieren de un sistema de control para el disparo de los tiristores, de acuerdo a señales recibidas del sistema de potencia. La velocidad de respuesta de estos equipos es medio ciclo.
Figura 14: Compensador estático controlado por tiristores
La capacidad o rango de regulación del compensador estático, en la zona de potencia reactiva inductiva como en la zona capacitiva, depende, primariamente del flujo de potencia en estado permanente desde cero a plena carga del sistema. Otro criterio importante para el rango del compensador son las fallas en el sistema interconectado, estas no deben influir en las condiciones generales del servicio.
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ENDESA___________________________________ Deben considerarse también, los rechazos parciales de carga y las fallas parciales de secciones del sistema de transmisión. En ambos casos el compensador de potencia reactiva debe reaccionar de tal manera que, el sobrevoltaje en el primer caso y la caída de voltaje en segundo sean mantenidos dentro de ciertos límites, de modo que la operación del sistema de transmisión pueda continuar sin interrupción y sin peligro para los equipos. Una de las razones del empleo de compensadores estáticos en sistemas de transmisión, es el control del voltaje en líneas de gran longitud en condiciones de baja carga o en circuito abierto. La capacidad de la línea puede dar origen a sobrevoltajes en el extremo receptor sino se emplean elementos inductivos para compensarlos. Por un lado, como se necesita absorber los excesos de potencia reactiva que genera la línea y por otro lado, cuando las líneas trabajan con una carga elevada es necesario inyectar potencia reactiva al sistema para mantener la transmisión, se necesita entonces colocar un elemento que pueda cumplir con ambas funciones. Los condensadores sincrónicos son los elementos mas conocidos que cumplen con estas funciones. La otra alternativa actualmente en uso, son los compensadores estáticos de potencia reactiva, los que están constituidos por bancos de condensadores estáticos y reactores. ________________________________________________________
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ENDESA___________________________________ Principios básicos de un compensador estático de reactivos. Al contrario de un regulador de voltaje de un generador, el cual puede ser caracterizado funcionando en circuito abierto (generador en vacío), el compensador estático de reactivos debe estar conectado al sistema para que opere. Por lo tanto, las propiedades estáticas y dinámicas de todo el sistema al cual esta conectado el compensador estático de reactivos, comienzan a tener influencia en el control de voltaje. Los sistemas prácticos de control estático de reactivos por medio de reactores controlados por tiristores, son generalmente conectados al sistema de transmisión en el lado de baja del transformador. Sin embargo, el voltaje controlado puede ser en lado de baja o de alta tensión. Vale consignar que el transformador de bajada debe ser diseñado de tal manera que no se forme un circuito ferro resonante, es decir, debe ser diseñado antes del codo de saturación, pues al momento de conectar el equipo, en el transiente, las variaciones de tensión producirían variación de su inductancia.
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ENDESA___________________________________ Cambiadores de Taps bajo carga El desarrollo de sistemas de transmisión y de redes de distribución cada vez más complejas, ha hecho que el cambio de taps bajo carga sea cada vez más esencial para controlar en unos casos la magnitud del voltaje de fase y en otros la regulación del ángulo de fase. El equipo cambiador de taps bajo carga se aplica a los transformadores de poder para mantener un voltaje secundario constante, en presencia de un voltaje primario variable, para: • Regular el voltaje secundario con un voltaje primario fijo, • Controlar el flujo de potencia reactiva entre dos sistemas generadores. • Regular el flujo de potencia reactiva en circuitos en paralelo y • Regular la repartición de potencia activa entre circuitos en paralelo, variando la posición de fases de los voltajes de salida En la práctica se emplean diversos equipos y circuitos cambiadores de taps, según el voltaje y potencia del transformador y según se desee regular la magnitud o la posición de fase de los voltajes. Los cambiadores de taps bajo carga, permiten regular generalmente en +/- 10% la magnitud del voltaje nominal en un número de escalones comprendido entre 8 y 32, prefiriéndose el mayor número de escalones para obtener un grado de regulación mas fino. El de 32 escalones para +/10% de regulación, ha tenido una aceptación tan amplia que se le considera Standard para muchos tipos de transformadores.
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ENDESA___________________________________ Cualquiera sea el tipo, un cambiador de taps bajo carga está constituido por tres componentes básicos: • El switch selector de taps, • El switch cambiador y • El mecanismo de accionamiento. El switch selector es esencialmente un cambiador de taps sin carga ya que sus contactos no interrumpen corriente durante un cambio de taps. Debido a esto, en los contactos del switch selector no se producen arcos y por consiguiente, no hay descomposición del aceite, por lo que el switch selector no necesita estar aislado del aceite del transformador. El switch cambiador, contenido en una cámara sellada situada sobre el switch selector, es el dispositivo que transfiere la carga y por lo tanto en él se producen arcos eléctricos. El switch cambiador contiene las resistencias limitadoras de corriente, las que cumplen dos funciones principales: impedir la interrupción de la corriente de carga y evitar el cortocircuito entre taps vecinos durante el cambio de taps. El switch cambiador contiene, además, los contactos fijos y móviles, los que operan según el principio de contacto por movimiento de vaivén.
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Figura 15: Principio de operación de cambiador de taps bajo carga
El mecanismo de accionamiento, operado desde el exterior mediante un eje movido por un motor instalado en el gabinete de control del cambiador de taps, opera alternativamente los dos grupos de contactos móviles del switch selector y carga los resortes del mecanismo de operación rápida del switch cambiador. __________________________________________________________
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