Compensación de potencia reactiva longitudinal: significado físico e implementación técnica

Para mejorar la eficiencia de las líneas eléctricas existentes, así como para mejorar su rendimiento, se utilizan dispositivos para la compensación longitudinal de la potencia reactiva. Hoy en día, la abundancia de diferentes fuentes de generación con diferentes capacidades, así como de líneas de alta tensión, especialmente aquellas que transmiten electricidad a largas distancias, conduce a una creciente demanda para aumentar no solo la confiabilidad de los sistemas eléctricos en general, sino también para mejorar su eficiencia.

Hay dos formas de aumentar la capacidad de transmisión de las líneas eléctricas, la primera de las cuales es aumentar directamente la sección transversal de la línea y la segunda es usar esquemas longitudinales para compensar la potencia reactiva. La segunda forma, la compensación de potencia reactiva longitudinal, demuestra ser una forma más económica de lograr este objetivo tanto para las conexiones entre sistemas como dentro del sistema.

Se sabe que cuando la potencia reactiva se transmite por cables, se producen importantes caídas de tensión y aumentos de corriente en tramos de redes eléctricas, lo que genera limitaciones en la transmisión de potencia activa útil.

La compensación de potencia reactiva longitudinal implica la conexión adicional de condensadores en serie con la carga por medio de transformadores elevadores o de aislamiento, lo que permite lograr una regulación automática de voltaje según el valor actual de la corriente de carga.

Por supuesto, con la compensación longitudinal, los modos de emergencia son inevitables, las razones por las cuales pueden ser:

• derivación de condensadores, que puede causar sobretensiones;

• fenómeno de ferroresonancia;

• daños a los condensadores desde el interior.

Para evitar daños por un aumento repentino de voltaje, los capacitores en esos momentos deben desconectarse automáticamente mediante un interruptor de alto voltaje o descargarse inmediatamente a través de un espacio de chispa.

Dado que los capacitores de compensación de potencia reactiva están conectados en serie en el circuito de CA, toda la corriente de línea fluye a través de ellos y, por lo tanto, la corriente de cortocircuito, si la hay, también fluirá a través de ellos.

Para aumentar la capacidad de transmisión, se aplica compensación longitudinal en las líneas de alta tensión, lo que asegura la estabilidad de los sistemas de potencia que incluyen estas líneas.

En la compensación longitudinal, la corriente del condensador es igual a la corriente total de carga I que circula por él, y la potencia Q del banco de condensadores es un valor variable que depende de la carga en cada momento.Esta potencia reactiva se puede calcular mediante la fórmula:

Bk =Az2/ωC

Y dado que la potencia de los capacitores en el proceso de compensación longitudinal no permanece constante, entonces el voltaje también aumenta en una cantidad que es proporcional al cambio en la carga reactiva de la línea dada, es decir, el voltaje de los capacitores es de ninguna manera constante, como en la compensación cruzada de la potencia reactiva.

Las unidades de compensación longitudinal capacitivas de conmutación son muy populares hoy en día.Dichas instalaciones se utilizan para reducir la influencia del componente inductivo de la reactancia de los transformadores de redes de tracción y subestaciones de tracción en el voltaje aplicado al pantógrafo de una locomotora eléctrica. Aquí, como se mencionó anteriormente, un capacitor está conectado en serie con el pantógrafo.

En las subestaciones de tracción rusas, estas instalaciones se instalan en una línea de succión, donde la instalación de compensación longitudinal sirve para aumentar el voltaje, evitar el efecto de las fases adelantadas o atrasadas, se obtienen voltajes simétricos con corrientes iguales en los brazos de suministro, el voltaje general se reduce la clase de equipos de trabajo y se simplifica el diseño de la instalación...

La figura muestra un diagrama que muestra solo una sección de condensadores de compensación longitudinal, de los cuales en realidad hay varios conectados en paralelo entre sí.

El voltaje a los devanados de bajo voltaje de los transformadores T1 y T2, conectados en serie, es suministrado por una fila de capacitores a través de un interruptor de tiristores y una resistencia limitadora.En este caso, los devanados de alto voltaje de estos transformadores están conectados en direcciones opuestas y, con un cortocircuito, aumenta el voltaje en los capacitores.

En el momento en que el voltaje alcanza la configuración, el interruptor del tiristor se activa y el arco del descargador de tres electrodos se enciende inmediatamente. Cuando se enciende el contactor de vacío, se extingue el arco en el descargador.

Las ventajas de tales instalaciones para la compensación longitudinal incluyen:

• tensión de barra simétrica;

• reduciendo las fluctuaciones de voltaje y aumentando su nivel en los receptores eléctricos.

Contras:

• condiciones de funcionamiento difíciles de los condensadores de la instalación en comparación con la compensación lateral, ya que la corriente de cortocircuito de la red de tracción fluye a través de los condensadores, y aquí se requiere una protección confiable contra el exceso de velocidad;

• sobrecarga de capacitores en modos peligrosos: forzado, emergencia, post-emergencia.

Para lograr el mejor efecto de compensación de potencia reactiva, se deben utilizar instalaciones ajustables con operación combinada de compensación longitudinal y lateral.

Las ventajas de utilizar instalaciones de compensación longitudinal en general incluyen:

• aumentar la potencia transmitida en la línea;

• mejorar la estabilidad de los sistemas de energía durante los picos de carga;

• reducción significativa de pérdidas de potencia activa;

• mejorar la calidad de la electricidad en las redes;

• alta eficiencia de distribución de energía en líneas paralelas;

• se elimina la necesidad de construir fuentes de generación en áreas remotas;

• No es necesario aumentar las secciones de interconexión y los parámetros técnicos de las líneas.

La principal ventaja económica de utilizar dispositivos compensadores longitudinales es el ahorro de energía. No solo eso mejora la calidad de la electricidad, por lo que se puede reducir el número de líneas eléctricas si se utiliza la compensación de potencia reactiva longitudinal. La protección del medio ambiente es una consecuencia natural de la introducción de esta tecnología, especialmente a gran escala.

El costo de las instalaciones es tal que una nueva línea de transmisión cuesta 10 veces más que un dispositivo de compensación longitudinal con la misma capacidad de transmisión. Como resultado, la recuperación de dicho sistema es de solo unos pocos años en comparación con las líneas de transmisión tradicionales.