Compensación de serie

Definición: La compensación en serie es el método para mejorar el voltaje del sistema conectando un capacitor en serie con la línea de transmisión. En otras palabras, en la compensación en serie, la potencia reactiva se inserta en serie con la línea de transmisión para mejorar la impedancia del sistema. Mejora la capacidad de transferencia de potencia de la línea. Se utiliza principalmente en líneas de tensión extra y ultra alta.

Ventajas de la Compensación en Serie

La compensación en serie tiene varias ventajas, como que aumenta la capacidad de transmisión, mejora la estabilidad del sistema, controla la regulación de voltaje y asegura una división de carga adecuada entre alimentadores paralelos. Estas ventajas se analizan a continuación.

• Aumento de la capacidad de transferencia de energía: La transferencia de potencia a través de una línea viene dada por

donde P1 – potencia transferida por fase (W)
Vs – voltaje de fase final de envío (V)
Vr – voltaje de fase del extremo receptor
XL – reactancia inductiva en serie de la línea
δ – ángulo de fase entre Vs y Vr

Si un capacitor con una reactancia de capacitancia Xc se conecta en serie con la línea, la reactancia de la línea se reduce de XL a (XL– Xc). La transferencia de potencia está dada por

donde, El factor k se conoce como grado de compensación o factor de compensación. Por lo tanto, la compensación por unidad viene dada por la ecuación porcentual la compensación viene dada por la ecuación

Donde XL = reactancia inductiva serie total de la línea por fase
XC = reactancia capacitiva del banco de capacitores por fase
En la práctica, k se encuentra entre 0,4 y 0,7. Para k = 0,5,

Así, la transferencia de potencia se duplica con una compensación del 50 %.

• Mejora en la Estabilidad del Sistema – Para la misma transferencia de potencia y para el mismo valor de voltaje final de envío y recepción, el ángulo de fase δ en el caso de la línea de impedancia en serie es menor que para la línea no compensada. El valor reducido de δ da una mayor estabilidad.
• División de carga entre líneas paralelas – Los condensadores en serie se utilizan en sistemas de transmisión para mejorar la división de carga entre líneas paralelas. Cuando la nueva línea con gran capacidad de transferencia de energía se conecta en paralelo con una línea ya existente, entonces es difícil cargar la nueva línea sin sobrecargar la línea anterior. En tal caso, la compensación en serie reduce la reactancia en serie y la división de carga adecuada entre circuitos paralelos se puede hacer fácilmente. La división de carga aumenta la capacidad de transferencia de energía del sistema y reduce las pérdidas.
• Control de Voltaje – En el capacitor en serie, hay un cambio automático en Var (potencia reactiva) con el cambio en la corriente de carga. Así, las caídas en los niveles de tensión debidas a variaciones repentinas de carga se corrigen instantáneamente.

Ubicación del capacitor en serie

La ubicación del capacitor en serie depende de la consideración económica y técnica de la línea. El condensador en serie puede estar ubicado en el extremo de envío, en el extremo de recepción o en el centro de la línea. A veces se ubican en dos o más puntos a lo largo de la línea.

El grado de compensación y la característica de la línea deciden la ubicación de los condensadores. Su instalación en la terminal brinda la facilidad de mantenimiento, pero la sobretensión que aparece en las terminales de los capacitores en condiciones de falla sobrecargará el capacitor.

Los condensadores se instalan en la estación de conmutación intermedia de líneas comparativamente largas. La ubicación en el centro de la línea también redujo la calificación del capacitor. La clasificación del capacitor en serie está dada por

donde I es la corriente de línea. Los bancos de capacitores consisten en pequeñas unidades conectadas en serie, en paralelo o ambas para obtener el voltaje deseado y la clasificación Var.

Esquemas de protección para condensadores en serie

Cuando ocurre la falla o la sobrecarga, la gran corriente fluirá a través del capacitor en serie de la línea. Por lo tanto, la caída de tensión excesiva se produce a través de la línea de transmisión. Para proteger los capacitores de tales voltajes anormales, se conectan descargadores de chispas y desviadores de sobretensiones al terminal del capacitor. Un disyuntor también está conectado en paralelo con él. Algunos de los métodos de condensadores en serie se muestran a continuación.

Problema asociado con el capacitor en serie

Algunos de los problemas asociados con la aplicación de capacitores en serie se detallan a continuación.

• La línea compensada en serie produce resonancia en serie a frecuencias más bajas que las frecuencias de potencia. Esto se conoce como resonancia subsincrónica. El subsíncrono produce tensión mecánica debido a que se produce un alto esfuerzo de torsión en el eje del rotor. El problema de la resonancia subsíncrona ocurre principalmente durante fallas o operaciones de conmutación. El problema de las líneas subsíncronas con compensación en serie se supera mediante los siguientes métodos.
  • Mediante el uso de un filtro.
  • Al pasar por el banco de condensadores en serie en condiciones de resonancia.
  • Por disparo del generador en condiciones de resonancia.
• Los capacitores en serie produjeron altos voltajes de recuperación a través del contacto de los interruptores.
• Si el grado de compensación y la ubicación de los capacitores no son los adecuados, es posible que los relés de distancia utilizados para la protección de la línea no funcionen correctamente.
• La conexión de un transformador descargado al final de una compensación en serie de la línea puede producir resonancia no lineal o ferrorresonancia. Esto puede resultar en oscilaciones ininterrumpidas. La frecuencia de la oscilación se puede suprimir usando reactores de derivación a través de los condensadores o cortocircuitando los condensadores temporalmente.
• Los motores síncronos de carga ligera tienen tendencia a oscilar.

El condensador en serie produce un mayor aumento de voltaje neto debido a que se producen más caídas de voltaje.

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