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Regulación de Tensión



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109
Si se desea compensar totalmente la caída de voltaje en la transmisión se tendrá según
(4.15):
2
2
2
2
2
2
2
2
*
1
*Q
*
V
Q
P
X
P
R
p
(4.15)
El valor de P debido a la transmisión de Q2 se debe no solamente al factor
2
2
2
2
Q
P
, si
no además del término X*Q2 cuya importancia es preponderante en líneas de transmisión y
transformadores.
En algunos condiciones no resulta adecuado emplear  un transformador con cambio de
derivaciones, lo más aconsejable es  el método de conexión de potencia reactiva.
Concluyendo, las soluciones para  regular el voltaje en el extremo receptor de una línea de
transmisión o distribución, más usadas en la actualidad, son las siguientes:
Modificación de la relación de transformación.
Conexión  de potencia reactiva.
Modificación  de la reactancia.
Regulación por voltaje adicional (variación de taps).
4.3.- REGULACION POR CONEXION DE POTENCIA REACTIVA.
La ecuación (4.6) indica que para reducir la caída de tensión
BD
V
, es necesario
minimizar el transporte de potencia reactiva, la que debería ser suministrada, en la medida que
fuese posible, en el mismo punto de consumo. Este procedimiento se conoce con el nombre de
Conexión  de Potencia Reactiva, para ello se dispone de condensadores sincrónicos,
condensadores estáticos.
La regulación de tensión por conexión  de potencia reactiva, se fundamenta en la
posibilidad de conectar potencia reactiva capacitiva en ciertos puntos de una red. En lo que sigue
se dará una breve referencia de los aparatos destinados a cumplir estas funciones.
110
4.3.1.- Condensador sincrónico
En esencia éste, es un motor síncrono diseñado para trabajar en vacío y con un amplio
rango de regulación.
Las máquinas síncronas son susceptibles de trabajar con potencia reactiva inductiva o
capacitiva según el grado de excitación del campo. Si están sobre excitadas se comportan como
condensadores. Por el contrario si están sub-excitadas se comportan como inductancias.
La potencia de un condensador sincrónico en condiciones de sobre-excitación, está
limitada por la temperatura. En condiciones de sub-excitación, la potencia queda limitada por la
estabilidad de la máquina.
4.3.2.- Condensadores estáticos
La función de un condensador estáticos conectado en paralelo, sea una unidad o grupo de
unidades, es la de suministrar la potencia reactiva demandada en el punto en que está instalado.
Por sus  características, de tomar una corriente adelantada prácticamente en 90
0
con respecto al
voltaje, un condensador estático tiene el mismo efecto que un condensador sincrónico. Por lo
tanto permite compensar, en forma total o parcial, la componente reactiva de la corriente
demandada por un consumo inductivo.
Algunos de los efectos que justifican la aplicación de los condensadores estáticos en
paralelo con consumos inductivos son los siguientes:
Permite reducir al valor deseado la componente reactiva de la corriente de
línea.
Mejora la regulación de la línea.
Reduce las pérdidas en la línea.
Mejora el factor de potencia en los generadores.
Permite obtener  mayor potencia activa de los generadores, transformadores
y líneas.
111
4.3.4.- Regulación por modificación de la reactancia
El condensador estático también juega un papel importante como elemento regulador
cuando se le instala en serie en una línea de transmisión o de distribución. El comportamiento de
un condensador estático conectado en paralelo ha sido bien analizado y puede predecirse con
exactitud. No puede decirse lo mismo cuando el condensador esta conectado en serie, la
diferencia de comportamiento estriba en la conexión. El condensador en paralelo esta conectado a
la línea y sometido al pleno voltaje de esta. El condensador en serie esta sometido a la plena
corriente de la línea  y a la corriente de falla, en caso de cortocircuito aguas abajo del
condensador. Mientras el condensador en paralelo permanece aproximadamente constante, la
caída de voltaje a través del condensador conectado en serié, varía instantáneamente con la carga.
Es esta característica del condensador en serie, junto con el hecho de que esta caída es de sentido
opuesto a la caída inductiva de la línea, lo que hace al condensador conectado en serie, un
dispositivo muy útil en ciertas aplicaciones en las redes de energía.
Se debe recordar que en una línea sencilla con carga inductiva, la caída de voltaje es
aproximadamente (4.16).
Sen
I1
X1
Cos
I1
R1
V
BD
(4.16)
En que R1 y X1 son la resistencia y la reactancia inductiva de la línea, respectivamente.
Cuando el
BD
V
es mayor que el valor aceptable puede reducirse el segundo término por la
intercalación de un condensador estático de reactancia Xc en serie con la línea. En estas
condiciones la caída de voltaje se reduce a la siguiente ecuación (4.17).
Sen
I1
X
X
Cos
I1
R1
V
C
BD
1
(4.17)
Si Xc = X1 la caída de voltaje se reduce a
Cos
I1
R1
.
El condensador en serie es especialmente apto para reducir el parpadeo de luces producido
por fluctuaciones rápidas y repetitivas de la carga ocasionadas por partidas frecuentes de motores,
operación de soldadoras, hornos eléctricos, etc. Evidentemente, para mejorar las condiciones del
voltaje o para reducir el parpadeo de luces en un punto dado, el condensador en serie, debe estar
ubicado aguas arriba del punto considerado.
112
Tratándose de líneas de transmisión, la aplicación de condensadores en serie se orienta no
a mejorar la regulación de voltaje, sino a aumentar la capacidad de transmisión y mejorar la
estabilidad eléctrica del sistema.
4.3.5.- Regulación por voltaje adicional (variación de taps).
Variando la relación de vueltas entre primario y secundario de un transformador o auto
transformador, se regula el nivel de tensión en los diversos centros de consumo. Con este objeto
los transformadores van provistos de derivaciones en sus bobinados y de un dispositivo
cambiador de derivaciones.
El cambio de derivaciones puede hacerse en vacío o bajo carga, siendo ésta última, la que
permite la regulación automática. El cambio  de derivaciones en vacío, exige la desconexión
previa del transformador y su operación es siempre manual. El cambio de taps por el control
remoto mediante algún mecanismo o motor eléctrico, se emplea para ajustar el voltaje en algunos
procesos que permiten la interrupción de energía (transformador des-energizado) por algunos
segundos, tales, como, hornos eléctricos y otros.
Desde hace algunos años se han desarrollado mecanismos y dispositivos que permiten
hacer el cambio de derivaciones manual o automáticamente en un transformador sin necesidad de
desenergizar el transformador y desconectar la carga, permitiendo así la regulación de voltaje en
grandes bloques de potencias (desde algunos KVA hasta cientos de MVA y altas tensiones desde
volts a cientos de KV), sin interrupción de la energía a la carga. El cambio de derivaciones bajo
carga permite mantener un voltaje secundario constante con voltaje primario variable, controlar el
voltaje secundario para carga variable, controlar el flujo de potencia reactiva entre dos ramas de
una red en anillo cerrado, etc. La regulación se hace por pasos, estando la magnitud de los pasos
determinada por la calidad de la regulación necesaria. El mecanismo con que se hace el cambio
de taps recibe el nombre de Cambiador de Derivaciones Bajo Carga (Load Tap Changer).
4.4.-
CONSIDERACIONES EN CUANTO A LA PROTECCIÓN DE BANCOS DE
CONDENSADORES
La protección de los bancos de condensadores esta íntimamente ligada con el arreglo y
conexión de los mismos. Los arreglos más usados son:
113
Una sola fila de capacitores en paralelo por fase.
Varias filas de condensadores conectadas en serie por fase, serie-paralelo.
La conexión de los bancos puede ser en delta o en estrella: si es en estrella, la conexión
puede ser con el neutro conectado a tierra o flotante. Cuando se utiliza el primer arreglo para la
conexión delta, la falla de una unidad significa un corto-circuito entre fases; para la conexión en
estrella con neutro a tierra, la falla de un elemento del banco viene a ser la falla de una fase a
tierra, pero cuando el neutro esta flotante, la corriente por la falla de una unidad de una fase, es
igual a tres veces la corriente nominal de dicha fase, para el arreglo serie-paralelo, la corriente de
cortocircuito al fallar  un condensador en una de las filas, está limitada por la impedancia de las
otras filas restantes y no varia de una forma tan significativa con el tipo de conexión.
La protección con fusibles es frecuentemente utilizada para bancos de condensadores y
pueden aplicarse para proteger unidades individuales o en grupo. A pesar de que la protección
individual de condensadores tiene las ventajas de ser más selectiva, de permitir usar fusibles más
pequeños y de indicar directamente la unidad fallada, presenta inconveniente. En el caso de un
banco conectado en estrella con neutro flotante, la falla y desconexión de algunas unidades en
cualquiera de las fases, origina un desplazamiento eléctrico del neutro que, a su vez ocasiona una
sobre-tensión en los condensadores de las fases que han quedado con un mayor impedancia. En
caso de bancos conectados en estrella con neutro a tierra, o en delta, cuyas fases estén formadas
por varias filas de condensadores conectados en serie-paralelo, la falla y desconexión de algunas
unidades de las filas puede originar una redistribución de la tensión aplicada de la tensión
aplicada en dichas filas.
El condensador es un elemento muy sensible a los excesos de tensión, tanto que un
sobrevoltaje del 10% de la tensión nominal lo puede hacer fallar.
4.4.1.- Protección con fusible
Cuando se selecciona un fusible para proteger un banco de condensadores, se debe
considerar:
La corriente nominal
La corriente de puesta en servicio
La energía de ruptura 
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