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Tema desarrollado por: Ing. Juan Alercio Alamos Hernández - juan_alamos_h@yahoo.es
REGULACIÓN DE TENSIÓN
4.1.- INTRODUCCION
La regulación de tensión consiste en evitar las variaciones de tensión que se detectan en
puntos receptores de un sistema de transmisión o distribución de energía.
El problema de la regulación difiere según se trate de una red de transmisión o una red de
distribución.
En una red de distribución interesa mantener la tensión lo mas constante posible. Si la
tensión es demasiado alta se originan los siguientes problemas:
La vida útil de artefactos se deteriora, produciéndose en algunos casos
daños irreparables.
En redes de transmisión se acepta una fluctuación considerable (+/- 7,5 % del valor
nominal), ya que no existen aparatos de utilización directa conectados a ella y en baja tensión, en
alimentadores o subalimentadores la caída de tensión no debe exceder más del 3% del valor
nominal, siempre que la caída de tensión en el punto más desfavorable de la instalación, no
exceda el 5% de dicha tensión. De todas formas se debe tener en cuenta los siguientes aspectos:
Una tensión muy elevada puede dañar el aislamiento de los equipos o
saturar los transformadores.
Actualmente la solución al problema de regulación se hace más complicada, debido a la
complejidad y gran desarrollo de las redes de distribución de energía.
Es conveniente por lo tanto regular localmente, en los diversos centros de consumo, el
nivel de voltaje.
Se dispone para ello de los siguientes métodos:
Conexión de potencia reactiva.
Modificación de la Reactancia.
Regulación de voltaje adicional (variación de taps).
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El medio más sencillo de obtener la regulación por voltaje adicional, es variando la
relación de vueltas entre el primario y secundario de un transformador o auto transformador.
4.2.- ANALISIS TEORICO
Se considera una central generadora A, que transmite la potencia aparente P1 + jQ1 a la
subestación receptora B, a través de un sistema de transmisión y transformadores elevadores y
reductores de tensión, según se muestra en la figura (4.1).
Figura Nº 4.1
Suponiendo que la impedancia total entre las barras A y B es Z = (R + JX), despreciando
la admitancia de la línea de transmisión, con lo que la corriente I (ecuación 4.1), será la misma en
todo el sistema de transmisión. Entonces, para condiciones de operación en B se puede anotar:
I
V
S
2
.
2
2
2
jQ
P
S
en la barra B
jIr
Ia
V2
jQ
P
I
.
2
2
.
(4.1)
Donde
Ia
:
Parte real de la corriente en la barra B
Ir
:
Parte imaginaria de la corriente en la barra B
De acuerdo con el diagrama vectorial de la figura Nº 4.2, siendo Ia e Ir
las componentes
activa y reactiva, respectivamente de la corriente en B.
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Figura Nº 4.2
En la figura Nº 4.2 se puede observar que la caída total de voltaje V
12 ,
está formado por
las componentes
BD
en fase con V2 y
DA
en cuadratura con el mismo, cuyas expresiones son:
BD
=
BD
V
R
I
Cos (
) + X
I
Sen (
)
(4.2)
DA
=
DA
V
- R
I
Cos (
) + X
I
Sen (
)
(4.3)
Pero en la figura Nº 4.2 se ve que I
Cos (
) = Ia e I
Sen (
) = Ir
,
luego se tendrá:
BD
=
BD
V
R
Ia + X
Ir
(4.4)
DA
=
DA
V
R
Ia - X
Ir
(4.5)
O bien, en función de las potencias en B
2
2
2
V
Q
X
P
R
V
BD
(4.6)
2
2
2
V
Q
R
P
X
V
DA
(4.7)
Para valores pequeños de
(ángulo comprendido entre V1 y V2), la diferencia de voltaje
BD
V
es muy aproximada a la diferencia de magnitudes V1 – V2 =
BE
por ser despreciable
DE
. Para valores mayores de
,
DE
comienza a ser significativo, y la diferencia
BE
que
determina la regulación del sistema, toma la ecuación (4.8).
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BE
=
V
= R
I
Cos (
) + X
I
Sen (
) +
2
2
2
V
Sen
I
R
Cos
I
X
(4.8)
Las ecuaciones (4.4) y (4.6) muestran que la transmisión entre dos puntos de una red, de
una potencia activa P y de una potencia reactiva Q, va acompañada de una caída de tensión.
Por otra parte, si R es muy pequeña comparada con X, como ocurre en la practica en los
sistemas de transmisión, podemos observar en (4.6) que la caída de voltaje
BD
V
se debe
principalmente a la transmisión de la potencia reactiva entre A y B, mientras que
DA
V
, que
caracteriza el desfase
entre V1 y V2, depende principalmente de la potencia activa
transmitida. Además, para valores
pequeños,
DA
V
no tiene mayor influencia en el transporte
de energía, mientras que
BD
V
deberá conservarse entre ciertos límites.
De la figura Nº 4.1 y 4.2 se puede deducir que, si la potencia reactiva Q2 , consumida en
B, es generada en ese punto en lugar de ser transmitida desde A ,ello equivale a suprimir Ir del
sistema de transmisión, con lo cual el diagrama vectorial queda determinado únicamente por la
componente activa, según muestra la figura Nº 4.3.
Figura Nº 4.3
En estas condiciones se puede ver que la diferencia
BD
V
se ha reducido al valor R*I.
Por otra parte, si V1 se mantiene constante, se puede demostrar que Q2 varía en función de P2 .
En efecto, si V2 es también constante, de la ecuación (4.6) se obtiene:
2
2
2
2
P
X
R
K
P
X
R
X
V
V
Q
BD
(4.9)
De lo anterior se desprende que es posible regular el voltaje V2 mediante el control de la
potencia reactiva en B. Este control se basa evidentemente, en la generación de potencia reactiva
en B, de acuerdo con las condiciones impuestas por la potencia activa P2. Este proceso se
denomina regulación por conexión de potencia reactiva. Debido al rol que juega esta potencia
reactiva se le denomina Potencia de Compensación.
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La regulación de voltaje por conexión de potencia reactiva, no es el único método de
regulación, en efecto, otro método de regulación consiste en reducir la reactancia del sistema de
transmisión. En este caso la impedancia total queda dada por la ecuación (4.10)
C
w
X
J
R
Z
1
(4.10)
Donde:
C
:
Capacidad de un condensador.
w
:
Velocidad angular.
La caída de tensión, entonces queda definida por:
2
2
2
1
V
Q
C
w
X
P
R
V
BD
(4.11)
Siendo R y X pequeños, también lo será
BD
V
. Este método de regulación se denomina
Regulación por Fase, siendo en este caso
función de C, ya que se tiene:
R
C
w
X
tg
1
(4.12)
También se conoce como Regulación por Modificación de la Reactancia.
Finalmente, también seria posible controlar el voltaje V2, colocando en serie con la línea,
a la llegada a B, un dispositivo regulador que permita compensar la caída de voltaje, permita
mantener V2 al valor deseado.
El dispositivo regulador debe estar construido para aceptar la máxima potencia reactiva,
Q
2,
que puede transmitirse de A a B, lo que se traduce en un aumento de la capacidad del
dispositivo regulador y por lo tanto, de sus dimensiones físicas. Siendo P la potencia del elemento
regulador, se tendrá:
2
I
V
P
BD
(4.13)
Siendo
2
I
2
2
2
2
2
V
Q
P
(4.14)
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