UNIDAD 6 – “TRANSPORTE EN A.T.”
Tema 3: “REGULACIÓN DE LA TENSIÓN - COMPENSACIÓN”
De todo lo expuesto anteriormente se concluye que la tensión de una línea de transmisión es muy variable bajo los distintos estados de funcionamiento y en sus distintos puntos; tomando en muchos casos valores inadmisibles que comprometen las aislaciones. Por lo tanto para el correctofuncionamiento de una línea debe contarse con una serie de elementos de regulación y compensación que permitan mantener la tensión en niveles razonables a lo largo de toda la línea.
Compensación de líneas
Se denomina compensación a la función que cumplen los aparatos de regulación de tensión. A este grupo de elementos de compensación pertenecen en la práctica los compensadores sincrónicos, los capacitores en serie y en paralelo y los reactores en paralelo.
Los compensadores sincrónicos y los reactores en paralelo ejercen sus funciones compensativas por el hecho de crear nuevos receptores para las corrientes y potencias reactivas.
Los capacitores en serie influyen directamente sobre las caídas de tensión, y su efecto compensativo es el de disminuir la caída causada por la reactancia inductiva de la línea y disminuir
correspondientemente el ángulo de transmisión. El efecto es semejante al de una disminución de la longitud de la línea.
A fin de llegar al ángulo de transmisión necesario, es indispensable disminuir la reactancia inductiva de la línea, cosa que se hace por aplicación de los conductores múltiples (20 a 30% de disminución), y si esto no fuera suficiente se recurre a los capacitores en serie. Estos se pueden instalar en forma simple en cualquier punto a lo largo de la línea o en las subestaciones de seccionamiento.
Los aumentos de tensión a lo largo de la línea son causados por las corrientes capacitivas propias de la línea. Para mantener estos aumentos de tensión dentro de límites aceptables, debe disminuirse el efecto de la existencia de grandes capacidades de línea y las corrientes capacitivas correspondientes. Esto se hace por introducción de elementos absorbentes de corrientes inductivas, en paralelo con la línea, es decir los reactores. Es posible pensar en reemplazar estos reactores por los compensadores sincrónicos, pero hay que tener en cuenta que los reactores son más ventajosos por su menor costo.
Compensación longitudinal
Al proyectar una línea de extra alta tensión, teóricamente se dispone de dos elementos estáticos para la compensación longitudinal: el capacitor y el reactor. Es evidente que en la práctica se aplican a estos fines exclusivamente los capacitores conectados en serie con la impedancia de la línea. Una línea de extra alta tensión y de longitud muy grande, en servicio nominal, normalmente tiene la carga inductiva en el término de la línea y absorbe una gran corriente capacitiva (a veces del orden de la corriente activa de carga) que disminuye a lo largo del recorrido hasta desaparecer en el final de la línea. De esto resulta que la línea tiene en su principio la característica capacitiva y al final la inductiva y
aproximadamente en la mitad el cos φ = 1. Estas condiciones deben tomarse en cuenta al proyectar la ubicación de los capacitores en serie. Sin embargo, se puede mencionar que para las líneas de longitud muy grande, que necesitan también una fuerte compensación transversal, no se tiene mucha libertad en este sentido. Desde el punto de vista de los límites de tensión en el sistema, la mejor solución es la
Compensación transversal
Esta clase de compensación se realiza por medio de reactores conectados en paralelo. La
compensación transversal tiene como objeto la neutralización de las grandes potencias reactivas causadas por la capacidad y en esta forma evitar los aumentos de tensión a lo largo de la línea. En este punto se debe recordar que una compensación longitudinal bien calculada asegura el ángulo de
transmisión deseado y la relación adecuada entre las tensiones en el principio y en el término de la línea, pero no puede limitar los grandes aumentos de tensión entre los dos extremos, no solamente durante los períodos de poca carga, sino también durante la carga máxima.
Se puede recurrir a la aplicación simultánea de las medidas citadas regulando el valor de las inductancias y capacitores para compensación total. En la práctica lo más frecuente es la
compensación parcial. En cualquier caso es preciso regular en función de la carga.
Para poder regular, la batería de capacitores ó de inductancias estará constituida por grupos con posibilidad de ser conectados y desconectados sucesivamente mediante interruptores, controlados automáticamente. El aumento de números de escalones encarece el conjunto. La regulación obtenida por este método es discreta ó a saltos. Mejor solución es la obtenida mediante los denominados
sistemas estáticos de control de reactiva, constituidos por capacitores e inductancias conmutados en
alta frecuencia por interruptores electrónicos (tiristores u otros dispositivos de potencia).
Compensación sincrónica
Se trata de un motor sincrónico sin carga mecánica en su eje, por lo que conectado su estator a la línea funciona sin cupla motora ni resistente (salvo sus propias pérdidas); por lo tanto, no afecta a la línea en cuanto a la potencia activa. Subexcitada (reduciendo la corriente de excitación ó de campo) consume potencia reactiva (se comporta como una inductancia). Si en lugar de debilitar el campo inductor se sobreexcita la máquina, genera potencia reactiva (se comporta como un capacitor).
Como los generadores de las centrales (generadores sincrónicos), los compensadores sincrónicos se construyen para tensiones nominales medias (15 – 30KV), por lo que su conexión a la línea se realiza mediante transformadores.
El compensador sincrónico representa un medio ideal para la compensación, pero es muy costoso y por razones de economía su aplicación se limita al mínimo indispensable.
Por las razones arriba mencionadas, al proyectar un sistema de transmisión de muy larga distancia con el consumo concentrado en el término de la línea, se trata de instalar los compensadores sincrónicos conectándolos solamente a las barras de recepción al final de la línea. De esta forma, los
compensadores sincrónicos con regulación continua y automática de su potencia reactiva se ajustan bien a los cambios de la carga reactiva de consumo, manteniendo la tensión deseada en el término de la línea. Sin embargo se debe subrayar que el compensador sincrónico conectado a las barras
receptoras no puede cumplir con los siguientes requerimientos:
o Disminuir el ángulo de transmisión al límite indispensable, para la estabilidad (que depende principalmente de la corriente activa y de la inductancia de la línea).
o Mantener las tensiones a lo largo del recorrido por debajo de los límites reglamentarios
(especialmente en las subestaciones intermedias de seccionamiento con aparatos para la tensión nominal), aunque puede mantener perfectamente bien la tensión terminal de la línea.
Para cumplir con estos dos requisitos fundamentales de transmisión se deben buscar y aplicar otros medios.
Análisis gráfico de compensación total estática (sin compensación sincrónica)
En la siguiente figura se representa cualitativamente el comportamiento de la tensión a lo largo de una línea de alta tensión en servicio a plena carga y en vacío, para dos casos: sin y con una batería de capacitores en serie ubicada en la mitad del recorrido de la línea:
Del diagrama (a) de esta figura se ve que para plena carga la presencia del capacitor causa el aumento de la tensión, pero ésta no es su función principal; no se debe olvidar que el objeto de aplicar el capacitor en serie es el de disminuir el ángulo de transmisión de acuerdo con las exigencias de la estabilidad. En vacío, la presencia del capacitor disminuye considerablemente el aumento de tensión en el término de la línea.
En la siguiente están representadas las tensiones a lo largo de una línea que trabaja con tensiones de salida y de llegada iguales, equipada con una balería de capacitores en serie a una distancia de 1/3 y 2/3, respectivamente, de la longitud total, desde el principio de la línea:
En la siguiente figura se comparan dos líneas con compensación longitudinal por medio de capacitores en serie, una sin y otra con compensación transversal por medio de reactores en paralelo.
De la comparación de los dos diagramas en la figura anterior se ve que para limitar las tensiones a lo largo de la línea es necesario aplicar la compensación transversal.
Es interesante también conocer el comportamiento de las líneas compensadas, en vacío. En la siguiente figura se representan las tensiones a lo largo de dos líneas compensadas, durante el servicio en vacío. De estos diagramas se ve que la compensación completa, es decir longitudinal y transversal, representa grandes ventajas para la línea en vacío.
En la siguiente figura se observa una alternativa de compensación seccionando a la línea en tres tramos y colocando capacitares en serie y reactores en paralelo en las subestaciones intermedias. Este es el caso del sistema de transmisión original El Chocón – Buenos Aires, en donde la línea se ha seccionado en tres partes y se ha aprovechado para hacer transposición de fases y compensación en Puelches (La Pampa) y Henderson (Sud Oeste de Buenos Aires).
Esta línea es la única en Sudamérica que cuenta con compensación sincrónica, como ya se explicó, en el final de la línea (SE Ezeiza). Esta SE cuenta con 6 compensadores (En la figura no se representa el transformador reductor a los cuales se conecta la máquina).
