Regulacion De Voltaje

CAPITULO 2

REGULACIÓN DE TENSION O CONTROL DE VOLTAJE

2.1. Introducción

Un sistema de potencia bien diseñado debe ser capaz de entregar un servicio confiable y de calidad.

Entre los aspectos que caracterizan una buena calidad de servicio están, la adecuada regulación del voltaje así

como de la frecuencia. El Control de Voltaje tiene como objetivo mantener los niveles de tensión dentro de

límite razonables. El problema; sin embargo, es diferente según se trate de una red de distribución o una de

transmisión.

En una red de transmisión se pueden admitir variaciones de tensión mayores que en una red de

distribución, ya que no existen aparatos de utilización directamente conectados a ella. Por lo tanto, dentro de

ciertas limitaciones, no hay mayores inconvenientes en que la tensión en un punto dado de la red de

transmisión varíe dentro de límites relativamente amplios, alrededor de un valor que puede ser diferente del

nominal.

En las redes de distribución, las variaciones de tensión están limitadas por las características de los

consumos. Estos sólo funcionan adecuadamente con tensiones cercanas a la nominal y admiten variaciones

lentas que no sobrepasen un ± 5% en aplicaciones térmicas (cocinas, lámparas, calentadores) y un ± 8% en el

caso de motores, lavadoras, receptores de radio y televisión, etc. Con tensiones muy altas habrá

calentamiento y menor vida útil. Si son muy bajas habrá mal rendimiento, malas características de torque

(motores), etc.

2.2. Clasificación de las variaciones de tensión

Según sus características, las variaciones de tensión se pueden clasificar en:

– Variaciones lentas: Tanto previsibles (periódicas), originadas en los cambios periódicos de los

consumos que presentan máximos a ciertas horas del día y mínimos en otras; como aleatorias, debidas

a las conexiones y desconexiones de los consumos, que pueden ocurrir en cualquier momento.

– Variaciones bruscas: Tanto regulares como aleatorias (“pestañeos”), debidas a los “golpes de

corriente” causados por el funcionamiento intermitente de equipos tales como refrigeradores,

ascensores, soldadoras, etc.

– Caídas de tensión: De breve duración (desde fracciones de segundo hasta algunos segundos) y de

amplitudes muy variables (hasta un 100% de la tensión). Su efecto es casi equivalente al de una

interrupción de servicio

En este capítulo, se analizará exclusivamente el control de las variaciones lentas de tensión en las

redes de transmisión y distribución.

2.3. Formas de regular las variaciones lentas de tensión

La regulación lenta de tensión tiene por fin mantener el módulo de la tensión en todo el sistema en el

mejor valor posible. Los métodos más empleados son:

– Inyección (absorción) de potencia reactiva: permite modificar la potencia reactiva circulante en el

sistema, que es una importante causa de variación de la tensión. Se consigue con el empleo de

condensadores estáticos, compensadores síncronos, reactores y los generadores de las centrales.

– Inserción de una tensión serie adicional: para compensar la caída que se desea regular. Se consigue,

por ejemplo, con transformadores (o autotransformadores) con derivaciones, operables en vacío (más

baratas) o bajo carga, que permiten variar discontinuamente la razón de transformación.

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– Modificación de la reactancia: para mantener constante la caída longitudinal ZI. Se consigue por

ejemplo, usando conductores fasciculados, empleando condensadores serie, colocando líneas en

paralelo o disminuyendo el largo de las líneas, acercando los transformadores de distribución a los

consumos.

2.4. Formas de actuar de los medios de regulación de tensión

– Regulación continua: Reguladores de inducción y compensadores síncronos.

– Regulación cuasi-contínua: Cambiadores de derivación bajo carga de los transformadores.

– Regulación intermitente: Condensadores estáticos.

– Regulación fija: Condensadores serie y cambiadores de derivación en vacío.

2.5. Regulación de tensión por inyección de potencia reactiva

a. Línea corta de transmisión: Con el objeto de establecer algunos conceptos básicos se considerará

en primer lugar, el caso de una línea corta de transmisión y su diagrama fasorial correspondiente, tal como se

muestra en la Figura 2.1. PR y QR son las potencias activa y reactiva que llegan a la carga a través de la línea.

R + jX

VT VR

PT + jQT PR + jQR

Carga

I

a)

I

ϕ

A

B

C

D

Δ

jXI

RI

θ

R

VR

VT

V

E

b)

Figura 2.1.- Línea corta de transmisión: a) Circuito equivalente; b) Diagrama fasorial

De la Figura 2.1 y considerando que θ es un ángulo pequeño, se puede escribir:

V& T − V& R = VT −VR ≈ ΔV (2.1)

pero, ΔV=AD+DC, con: AD=RI cos ϕR y DC=XI sin ϕR, por lo que se obtiene finalmente:

R

R R

V

RP XQ

V

+

Δ = (2.2)

De la misma forma:

R

R R

V

XP RQ

EC

−

= (2.3)

Por lo que:

⎟ ⎟⎠

⎞

⎜ ⎜⎝

⎛

+ Δ

θ = −

V V

tg EC

R

1 (2.4)

Las ecuaciones (2.2) y (2.4) muestran claramente que el transporte de PR y QR desde el extremo

transmisor T al receptor R, va acompañado de una caída de tensión ΔV y de un desfase θ entre las tensiones

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de ambos extremos de la línea. Debido a que usualmente, en los sistemas de transmisión y generación R<< X,

el término dominante en la ecuación (2.2) es XQR, o sea la potencia reactiva transferida desde T a R es la

causante principal de la caída de tensión ΔV. Por la misma razón anterior, el término dominante en (2.4) es

XPR, de donde se concluye que el desfase θ es decisivo en el valor de la potencia activa suministrada al

consumo.

Según lo planteado, para reducir la caída de tensión ΔV es necesario evitar (disminuir) el transporte

de potencia reactiva por la línea, es decir, la potencia reactiva debería ser suministrada en lo posible, en el

mismo punto donde será consumida.

Si por ejemplo, se desea mantener constante ΔV para cualquier valor de PR. Entonces, a partir de la

ecuación (2.2), QR debe variar según la ecuación (2.5),

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