Guía técnica para trabajar con cargas desequilibradas (1ª PARTE)

Un sistema trifásico equilibrado tiene tres circuitos separados transportando idénticas cargas. De acuerdo con la ley de Ohm - donde voltaje es igual a la corriente por la impedancia - la impedancia de cada circuito también debe ser idéntica para los voltajes idénticos. Los valores de impedancia representan la carga. Por lo tanto, para equilibrar una carga trifásica, la impedancia de cada carga debe ser igual.

Métodos de regulación de voltaje tradicionales

Existen numerosos métodos para mejorar la regulación de voltaje. Algunos usan equipos de regulación de voltaje para elevar o disminuir el voltaje en la subestación o en el circuito de distribución para reducir la diferencia de voltaje entre las condiciones LL y cargas pesadas. Otros reducen la impedancia del circuito para reducir la diferencia de voltaje, y todavía otros reducen la corriente de carga (ej. mejorando el factor de potencia) para reducir la caída de voltaje.

Métodos que pueden aplicarse en la subestación incluyen:

• Usar reguladores de voltaje de generación distribuida (VRs).
• Aplicar condensadores en la subestación de distribución.
• Aplicar equipos de regulación de voltaje, tales como los transformadores LTC y equipamiento de regulación de voltaje del circuito o bus, en la subestación.
• Equilibrar las cargas en los circuitos.
• Transferir cargas a otras subestaciones.
• Instalar nuevas subestaciones y circuitos.
• Instalar transformadores de subestación con reactancia reducida.

Los métodos que pueden usarse en el circuito de distribución incluyen:

• Incrementar el voltaje del sistema primario del circuito.
• Incrementar el tamaño del conductor del circuito o reducir el espaciado del conductor, y consecuentemente, reducir la reactancia.
• Cambiar las secciones del circuito de monofásica a trifásica.
• Transferir cargas a otros circuitos.
• Aplicar equipos de regulación de voltaje en el circuito.
• Instalar generación distribuida en el circuito.
• Aplicar condensadores shunt (o serie) en el circuito.
• Equilibrar las cargas.
• Incrementar el tamaño del transformador de distribución.
• Incrementar el tamaño del conductor de secundarios y servicios.

Generación distribuida instalada en subestación

El voltaje del bus del generador puede ser regulado para mantener un voltaje fijo por cambios en requerimientos de carga y reactiva. La corriente del campo del generador puede variarse para acoplarse a los cambios en la corriente de carga. El voltaje puede incrementarse o decrementarse cuando la carga aumenta o disminuye.

Equipamiento de regulación del voltaje de la subestación

Uno de los tipos más comunes de regulación de voltaje en las subestaciones es el transformador cambiador de tomas en carga,  load tap changing (LTC) transformer. VRs de tipo inducción o paso pueden ser instalados entre el secundario del transformador y el bus secundario o en el bus secundario. Asimismo, los reguladores de tipo de inducción pueden instalarse en circuitos individuales. Debido a que el voltaje del circuito es una función de la extensión del voltaje en el bus secundario del bus de la subestación, el equipo de regulación de voltaje permite una mayor caída de voltaje en el circuito.

Equilibrando cargas

Si un circuito tiene una pobre regulación de voltaje, puede deberse a una diferencia significativa en cargas de fase. Un 20 % o más de desequilibrio de cargas en el primario de un circuito, especialmente durante condiciones HL, no es común. Adicionalemente, un alto desequilibrio de cargas puede causar que los transformadores de la subestación y VRs se sobrecarguen, basándose en la carga de fase más alta. La carga equilibrada se conseguirá en todo el circuito, no sólo en la subestación.

Voltaje del sistema primario incrementado

Incrementando el voltaje del sistema se reduce la carga en relación inversa al cambio de voltaje, pero la regulación del voltaje cambia con el cuadrado del cambio de voltaje. Cambiando de un delta trifásico no puesto a tierra a una estrella puesta a tierra en cuatro fases pero reduce la caída de voltaje a 1/3 de la caída en el delta de tres conductores. Sin embargo, es común incrementar la carga permitida cuando esta conversión se hace a un voltaje del sistema más alto; por lo tanto, la mejora de caída de voltaje es menos que en 2/3. Este método es más caro que usar regulación de voltaje suplementario debido a que implica el re-aislamiento de la línea y cambiando la transformación eléctrica (ej. transformadores) y otros equipos.

Tamaño de conductor incrementado o espaciamiento del conductor reducido

Incrementando el voltaje del sistema se reduce la carga por el ratio inverso del cambio del voltaje, pero la regulación de voltaje cambia cuando lo hace el cuadrado del cambio de voltaje. Incrementando el tamaño del conductor se reduce la resistencia y, así, la caída de voltaje y pérdidas reales. Sin embargo, puede necesitar la reconstrucción de la línea debido a un conductor más grande y pesado. Una alternativa es reducir el espaciamiento entre los conductores de fase, lo cual se reduce la reactancia y disminuye la caída del voltaje.

Conversión de secciones monofásicas a trifásicas

La mayoría de los circuitos de propósito general son monofásicos. Para circuitos monofásicos, la caída de voltaje ocurre tanto en el conductor de fase y el neutro para los sistemas de estrella tanto los conductores de fase para los sistemas triángulo. Añadiendo dos conductores en un sistema de estrella monofásico, y asumiendo la carga existente está uniformemente distribuidos entre las tres fases, dando como resultado en 1/6 de la caída de voltaje que ocurre en el lateral estrella monofásico. Esto se demuestra abajo.

Por lo tanto, la caída de voltaje es seis veces menor en un circuito trifásico que en un circuito monofásico para la misma carga. Por supuesto, indudablemente, la carga se incrementará  en el tiempo después de que el lateral monofásico se convierta a trifásico. Sin embargo, esto ilustra las preocupaciones cuando la generación distribuida monofásica y trifásica se añaden al circuito.

Si solamente se añade un conductor de fase, en vez de dos, a un sistema de estrella monofásico, el problema se complica más porque la caída de voltaje depende de las dos fases seleccionadas, el ratio R/X del conductor, y el factor de potencia de la carga.

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