Compensació de potència reactiva longitudinal: significat físic i implementació tècnica

Per millorar l'eficiència de les línies elèctriques existents, així com per millorar-ne el rendiment, s'utilitzen dispositius de compensació longitudinal de la potència reactiva. Avui dia, l'abundància de diferents fonts de generació amb diferents capacitats, així com de línies d'alta tensió, especialment les que transmeten electricitat a llargues distàncies, comporta una demanda creixent per augmentar no només la fiabilitat dels sistemes elèctrics en general, sinó també per millorar la seva eficiència.

Hi ha dues maneres d'augmentar la capacitat de transmissió de les línies elèctriques, la primera de les quals és augmentar directament la secció transversal de la línia i la segona és utilitzar esquemes longitudinals per compensar la potència reactiva. La segona manera, la compensació de la potència reactiva longitudinal, demostra ser una manera més econòmica d'aconseguir aquest objectiu tant per a les connexions entre sistemes com per a les connexions intrasistema.

Se sap que quan la potència reactiva es transmet per cables, hi ha caigudes de tensió significatives i augments de corrent en seccions de xarxes elèctriques, i això crea limitacions en la transmissió d'energia útil i activa.

La compensació longitudinal de la potència reactiva implica la connexió addicional de condensadors en sèrie amb la càrrega mitjançant transformadors augmentadors o d'aïllament, la qual cosa permet aconseguir una regulació automàtica de la tensió en funció del valor actual del corrent de càrrega.

Per descomptat, amb la compensació longitudinal, els modes d'emergència són inevitables, els motius dels quals poden ser:

• derivació de condensadors, que poden provocar sobretensions;

• fenomen de ferroressonància;

• danys als condensadors des de l'interior.

Per evitar danys per un augment sobtat de tensió, els condensadors en aquests moments s'han de desconnectar automàticament mitjançant un interruptor d'alta tensió o descarregar-se immediatament a través d'una espurna.

Atès que els condensadors de compensació de potència reactiva estan connectats en sèrie al circuit de CA, tot el corrent de línia flueix a través d'ells i, per tant, el corrent de curtcircuit, si n'hi ha, també hi passarà.

Per augmentar la capacitat de transmissió, s'aplica una compensació longitudinal a les línies d'alta tensió, que garanteix l'estabilitat dels sistemes elèctrics que inclouen aquestes línies.

En la compensació longitudinal, el corrent del condensador és igual al corrent de càrrega total I que hi circula, i la potència del banc de condensadors Q és un valor variable que depèn de la càrrega en un moment donat.Aquesta potència reactiva es pot calcular mitjançant la fórmula:

Bk =Az2/ωC

I com que la potència dels condensadors en el procés de compensació longitudinal no es manté constant, la tensió també augmenta en una quantitat que és proporcional al canvi en la càrrega reactiva de la línia donada, és a dir, la tensió dels condensadors és de cap manera constant, com en la compensació creuada de la potència reactiva.

Les unitats de compensació longitudinal capacitiva de commutació són molt populars avui dia. Aquestes instal·lacions s'utilitzen per reduir la influència del component inductiu de la reactància dels transformadors de xarxes de tracció i subestacions de tracció sobre la tensió aplicada al pantògraf d'una locomotora elèctrica. Aquí, com s'ha esmentat anteriorment, un condensador està connectat en sèrie amb el pantògraf.

A les subestacions de tracció russes, aquestes instal·lacions s'instal·len en una línia d'aspiració, on la instal·lació de compensació longitudinal serveix per augmentar la tensió, evitar l'efecte de les fases d'avanç o retard, s'obtenen tensions simètriques amb corrents iguals en els braços d'alimentació, la tensió general es redueix la classe d'equips de treball i es simplifica el disseny de la instal·lació...

La figura mostra un diagrama que mostra només una secció de condensadors compensadors longitudinals, dels quals en realitat n'hi ha diversos connectats en paral·lel entre si.

La tensió als bobinatges de baixa tensió dels transformadors T1 i T2, connectats en sèrie, és subministrada per una fila de condensadors mitjançant un interruptor de tiristor i una resistència limitadora.En aquest cas, els bobinatges d'alta tensió d'aquests transformadors es connecten en direccions oposades i, amb un curtcircuit, la tensió dels condensadors augmenta.

En el moment en què la tensió arriba a la configuració, s'activa l'interruptor del tiristor i s'encén immediatament l'arc del descarregador de tres elèctrodes. Quan el contactor de buit està encès, l'arc del descàrrega s'apaga.

Els avantatges d'aquestes instal·lacions per a la compensació longitudinal inclouen:

• tensió de bus simètrica;

• reduint les fluctuacions de tensió i augmentant el seu nivell als receptors elèctrics.

Contres:

• condicions de funcionament difícils dels condensadors de la instal·lació en comparació amb la compensació lateral, ja que el corrent de curtcircuit de la xarxa de tracció flueix pels condensadors i aquí es requereix una protecció fiable contra la velocitat excessiva;

• sobrecàrrega de condensadors en modes perillosos: forçat, emergència, post-emergència.

Per aconseguir el millor efecte de compensació de potència reactiva, s'han d'utilitzar instal·lacions ajustables amb funcionament combinat de compensació longitudinal i lateral.

Els avantatges d'utilitzar instal·lacions de compensació longitudinal en general inclouen:

• augmentar la potència transmesa a la línia;

• millorar l'estabilitat dels sistemes d'alimentació durant les pics de càrrega;

• reducció significativa de les pèrdues de potència activa;

• la millora de la qualitat de l'electricitat a les xarxes;

• alta eficiència de distribució d'energia en línies paral·leles;

• s'elimina la necessitat de construir fonts de generació en zones remotes;

• No cal augmentar els trams d'interconnexió i els paràmetres tècnics de les línies.

El principal avantatge econòmic d'utilitzar dispositius de compensació longitudinal és l'estalvi d'energia. No només això millora la qualitat de l'electricitat, de manera que el nombre de línies elèctriques es pot reduir si s'utilitza la compensació de potència reactiva longitudinal. La protecció del medi ambient és una conseqüència natural de la introducció d'aquesta tecnologia, sobretot a gran escala.

El cost de les instal·lacions és tal que una nova línia de transmissió costa 10 vegades més que un dispositiu de compensació longitudinal amb la mateixa capacitat de transmissió. Com a resultat, la recuperació d'aquest sistema és de només uns quants anys en comparació amb les línies de transmissió tradicionals.