▷ La importancia de la potencia reactiva ⚡

En la práctica, intentamos reducir la potencia (y energía) reactiva para incrementar la eficiencia de nuestros sistemas eléctricos, hasta cierto punto esto es aceptable. Sin embargo, debemos de saber que la potencia reactiva desempeña un papel importante en el control de niveles adecuados en los sistemas de transmisión a gran escala. Aunque es un subproducto de sistemas de corriente alterna, es necesario para el funcionamiento aceptable de varios sistemas eléctricos como líneas de transmisión, motores, transformadores, etc.

Es esencial para el funcionamiento de la mayoría de los dispositivos de energía electromagnética para producir el campo magnético. En algunos casos, se inyecta a la fuerza en la red del sistema de energía para mantener un voltaje de nodo más alto.

En general, esta cantidad solo se define para sistemas eléctricos de corriente alterna (AC) y se ha convertido en un concepto fundamental para la comprensión de los sistemas eléctricos.

La potencia reactiva es importante para el funcionamiento correcto de los equipos eléctricos por varias razones que analizaremos brevemente en este post.

La potencia reactiva es generada o absorbida por muchos equipos conectados a la red del sistema. El flujo de potencia reactiva a través de la red es, por lo tanto, controlado por estos equipos. Echemos un vistazo a estas fuentes de energía reactiva.

La potencia reactiva es tanto el problema como la solución de la red del sistema energético por varias razones. Desempeña un papel importante en el sistema de energía eléctrica para varias funciones, como satisfacer el requisito de energía reactiva, mejorar los perfiles de voltaje, disminuir la pérdida de la red, brindar suficiente reserva para garantizar la seguridad del sistema en situaciones de emergencia y otras funciones. Veamos brevemente algunas de las razones, que hacen que la potencia reactiva sea tan importante.

En general, todos los equipos eléctricos están diseñados para funcionar satisfactoriamente dentro de los límites especificados de voltaje nominal (usualmente ± 5 %) en los terminales del consumidor. Las fluctuaciones de voltaje se deben principalmente a la variación en la carga en la fuente del sistema eléctrico.

Si la carga en la fuente del sistema de energía aumenta, la caída de voltaje en los componentes del sistema aumenta, por lo tanto, el voltaje en los terminales del consumidor disminuye y viceversa. Estos cambios de voltaje en el suministro son indeseables, ya que desvían el rendimiento real de los equipos, como lámparas, motores y otros equipos sensibles a las variaciones de voltaje.

Por lo tanto, un sistema eléctrico debe diseñarse para mantener los valores de voltaje dentro de los niveles permitidos al proporcionar equipos de control en lugares convenientes. El método más común para mantener el perfil de voltaje es a través de la inyección y absorción de energía reactiva. En general, el aumento de la potencia reactiva hace que el voltaje del sistema aumente, mientras que la disminución de la potencia reactiva hace que el voltaje caiga.

El equipo de control de voltaje se coloca en dos o más de dos lugares (para evitar la transmisión a larga distancia de la potencia debido a las pérdidas excesivas de potencia reactiva) en la red del sistema eléctrico debido a las diferentes caídas de voltaje en diferentes secciones de los sistemas de transmisión y distribución y también las características de carga distintas en los circuitos del sistema.

Comúnmente, estos equipos se colocan en estaciones de generación de energía, subestaciones de transmisión y alimentadores.

Se utilizan diferentes técnicas para controlar el voltaje en la línea de transmisión, como el control de excitación, transformadores con cambiador de tomas, condensadores de derivación, condensadores en serie, condensadores síncronos y amplificadores. Cada método tiene sus propias ventajas y desventajas. Dependiendo de la idoneidad, disponibilidad y costo, estos métodos se emplean para controlar la tensión del extremo receptor.

En el caso de una condición altamente cargada (es decir, la demanda de potencia reactiva es mayor que la suministrada), se extrae más corriente de la fuente que conduce a que la tensión del extremo receptor caiga drásticamente. Si existe una mayor caída de voltaje, hace que se disparen las unidades generadoras, las fallas del equipo y el sobrecalentamiento de los motores.

Bajo esta condición, los relés activan el equipo de potencia reactiva de tal manera que esta aumenta (por ejemplo, la tensión del terminal de excitación del generador aumenta para proporcionar más corriente alterna al alternador) para devolver la tensión al valor nominal. Esto también se logra con reactores y condensadores en serie.

En el caso de una condición de carga liviana (es decir, la demanda de energía es menor que el suministro de energía reactiva), el voltaje del extremo receptor aumenta a un valor mayor. Causará daños en el aislamiento de las máquinas, menor factor de potencia y disparo automático de los equipos.

Bajo esta condición, la potencia reactiva adicional en las líneas se regulan utilizando equipos automáticos de compensación de potencia reactiva como condensadores síncronos, control de excitación por alternador, condensadores de derivación y reactores.

Algunas cargas, como los transformadores y los convertidores HVDC, necesitan potencia reactiva para su correcto funcionamiento. Cuando las cargas tienen una gran demanda de potencia reactiva, se producirá una caída de voltaje.

A medida que caiga la tensión, se extraerá más corriente de la fuente para mantener la potencia, lo que provocará que las líneas consuman más potencia reactiva y, por lo tanto, caigan aún más la tensión. Esto provocará un colapso del voltaje si el voltaje cae demasiado. Este colapso de voltaje provoca el disparo de los generadores, la inestabilidad del sistema y el disparo de otros equipos conectados al sistema eléctrico.

Este colapso de voltaje se debe al hecho de que el sistema eléctrico no puede satisfacer la demanda de energía reactiva de la carga que no se está cumpliendo debido a la escasez de generación y transmisión de energía reactiva.

Para superar esto, las fuentes de energía reactiva como los condensadores en serie están conectadas a las cargas localmente, donde las cargas requieren potencia reactiva. Sin embargo, las empresas de distribución eléctrica cobran a los consumidores una penalización por la demanda de potencia reactiva si las cargas consumen una cantidad excesiva sobre la demanda permisible.

La potencia reactiva inadecuada en la red del sistema eléctrico ha sido una de las razones principales de los cortes de energía en todo el mundo. Como se mencionó, una cantidad insuficiente de energía reactiva provoca un colapso de voltaje que finalmente conduce a la parada de las estaciones generadoras y diversos equipos.

Algunos de estos apagones incluyen, en Tokio el 23 de julio de 1987; en Londres el 28 de agosto de 2003; en Suecia y Dinamarca el 23 de septiembre de 2003.

La mayoría de las cargas inductivas, como motores, transformadores, balastos y equipos de calentamiento por inducción, requieren potencia reactiva para producir un campo magnético. En las máquina eléctrica, una parte de la energía de entrada, es decir, la potencia reactiva se consume para crear y mantener el flujo magnético para hacerlo. Sin embargo, lleva a disminuir el factor de potencia. Para lograr un alto factor de potencia, los condensadores generalmente se conectan a través de estos dispositivos para suministrar la potencia reactiva.

Referencias:

electricaltechnology.org
electricalnotes.wordpress.com
blogs.dnvgl.com