CRITERIOS ÓPTIMOS DE PLANEACIÓN
3.6 TRANSFORMADORES Y REGULADORES
3.6.3 Reguladores de voltaje en líneas
Los reguladores de voltaje afectan la eficiencia de un sistema de distribución en dos maneras, la primera es que mantienen un nivel de voltaje apropiado lo que por consecuencia logra una cierta reducción en las pérdidas y la segunda es que al igual que los
transformadores, en ellos se presentan pérdidas que dependiendo de su carga y operación éstas pueden ser altas.
Los reguladores de voltaje de línea usualmente son pequeños, comúnmente formados por unidades de una sola fase y construidos para ser montados sobre plataformas en postes, operando principalmente como elevadores de voltaje [1,17,34].
Los alimentadores de distribución primaria a menudo se extienden sobre varios kilómetros haciendo prácticamente imposible mantener un voltaje adecuado a lo largo de todo el alimentador por lo que los reguladores localizados aproximadamente en un punto medio de tales alimentadores suministrarán una regulación adicional para soportar el voltaje en las partes remotas del alimentador [1].
Algunas consideraciones en la utilización de reguladores de tensión se describen a continuación de acuerdo a Comisión Federal de Electricidad [12].
• Los reguladores de tensión deberán instalarse cuando la caída de voltaje tenga valores superiores al 5%.
• El uso de reguladores de 32 pasos se reserva para redes urbanas.
• En circuitos rurales con carga predominante de bombeo deben utilizarse autoelevadores de voltaje con cuatro pasos de ajuste.
• No se recomienda que se instalen capacitores controlados por voltaje en el lado de carga de un banco de reguladores cercano.
• Los reguladores deberán ubicarse en lugares de fácil acceso para su revisión periódica.
• Sus principales conexiones son en estrella sólidamente aterrizada, delta cerrada y delta abierta para lograr porcentajes de regulación hasta del 10%.
Es relativamente simple determinar la capacidad en KVA de un regulador, lo que se hace como sigue
• El valor en KVA nominales de un regulador de voltaje monofásico es el producto de los amperes nominales de carga y el rango de regulación en KV.
• El valor en KVA nominales de un banco de reguladores para un sistema trifásico es el producto de los KVA del regulador monofásico por el número total de reguladores que tiene el banco dependiendo del tipo de conexión.
• El rango de regulación de un regulador es la cantidad que el regulador elevará o reducirá de su voltaje nominal.
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Figura 3.14. Ejemplo de un alimentador con regulador.
Ejemplo 3.3. Se tiene un banco de reguladores como lo muestra la figura (3.14) conectado en estrella para un voltaje nominal de 13.8 KV, la capacidad el circuito es de 4000 KVA para un rango de regulación del ± 10%, calcular la capacidad nominal del banco de reguladores.
La capacidad comercial más cercana para un regulador monofásico es de 167 KVA por lo tanto la capacidad del banco de reguladores es de
En este trabajo el uso de los reguladores de voltaje se considera únicamente para elevación de voltaje por ser su principal aplicación en la práctica.
Desde un punto de vista puramente de pérdidas la mejor ubicación de un regulador será en el punto medio eléctrico del alimentador, sin embargo cuando se habla de costo deberá hacerse un estudio de flujos de potencia y costo a valor presente partiendo desde la última sección que alimenta al primer nodo con problemas de regulación de voltaje y así hacia la fuente, esto se debe a que entre más alejado este el regulador de la fuente su costo será más bajo por su menor capacidad sin embargo tendrá poco efecto sobre las pérdidas, entre más cerca este del punto medio eléctrico mayor será el efecto sobre las pérdidas pero mayor también será su capacidad y por tanto mayor el costo de inversión.
amperes 167.3 ) 3 KV)( 8 . 13 ( KVA) (4000 I Nominal= = KV 0.79 ) 3 (1/ KV) (13.8 (0.10) monofásico KV en Rango = = KVA 133 KV) (0.79 amperes) (167.3 monofasico KVA Capacidad Nominales = = 13.8 KV Regulador KVA 501 (3) KVA) (167 o trifásic KVA Capacidad Nominales = =
Voltaje
Voltaje a carga ligera Voltaje a carga pico
con regulador Voltaje a carga
pico sin regulador
L Distancia desde la fuente
Figura 3.15. Perfil de voltaje en un alimentador con regulador de tensión en el punto L del alimentador.
Cuando se trabaja con capacitores y reguladores al mismo tiempo es importante reconocer la diferencia en los efectos que cada uno tiene sobre el perfil de voltaje. La figura (3.15) muestra el perfil de voltaje en un alimentador con uso de regulador de tensión. Un buen enfoque basado en la experiencia de aplicación de los reguladores dice que los mejores resultados se encontrarán ubicando en forma óptima primero capacitores con el objetivo de reducir pérdidas y posteriormente utilizar un regulador de tensión si los perfiles de voltaje se encuentran fuera de sus límites [8,24].
La tabla (3.6) muestra las pérdidas típicas en reguladores de tensión para diferentes capacidades comerciales[1]. Las pérdidas de carga son para la máxima posición del cambiador de derivación, para posiciones intermedias las pérdidas se pueden estimar mediante interpolación. Se observa que las pérdidas son altas sobre todo se tiene en mente que las pérdidas en el núcleo están presentes durante 8760 horas al año.
Tabla 3.6. Pérdidas típicas en reguladores de tensión ±10 % de regulación. Nivel de aislamiento de 7.2 KV (1 fase).
Capacidad del regulador (KVA).
Pérdidas en el núcleo (KW). Pérdidas en devanados (KW). 167 0.8 3.2 250 1.0 4.0 333 1.1 4.6 416 1.2 5.6 500 1.3 6.4 667 1.5 8.0 833 1.7 9.6