reactor de derivación controlado magnéticamente

En ingeniería eléctrica , un reactor de derivación controlado magnéticamente ( MCSR , CSR ) representa un equipo electrotécnico destinado a la compensación de potencia reactiva y la estabilización del nivel de tensión en redes eléctricas de alta tensión (AT) con clases de tensión nominales de 36 a 750 kV. El MCSR es un dispositivo estático de tipo derivación con regulación suave mediante reactancia inductiva .

En 2002, Bharat Heavy Electricals Limited desarrolló el primer reactor de derivación controlado (CSR) . El primer dispositivo de este tipo se puso en funcionamiento en la subestación de 400 kV de Power Grid en Itarsi, Madhya Pradesh. ^{[ 1 ]}

Los reactores de derivación controlados magnéticamente están diseñados para el control automático de la potencia reactiva y la estabilización de los niveles de tensión; estos garantizan lo siguiente:

• Eliminación de las variaciones de voltaje diarias y estacionales en la red eléctrica; ^{[ 2 ]}
• Mejora de la calidad de la energía eléctrica ;
• Optimización y automatización de los modos de funcionamiento de la red eléctrica;
• Reducción de las pérdidas de energía eléctrica en su transmisión y distribución ;
• Mejora de la estabilidad del sistema eléctrico;
• Mejora de las condiciones de funcionamiento en decenas de veces y prolongación de la vida útil de los equipos eléctricos gracias al acortamiento dinámico de las conmutaciones de dispositivos no controlados para la compensación de potencia reactiva, así como la limitación del funcionamiento de dispositivos menos fiables: cambiadores de tomas bajo carga, transformadores y autotransformadores.
• Incremento del rendimiento de la línea de transmisión y provisión de un control automático confiable sobre los niveles de voltaje en sobretensiones cercanas a los valores límite, en lo que se conoce como estabilidad estática;
• Evitar el efecto de colapso de voltaje en situaciones de emergencia en la red eléctrica (por ejemplo, disparo de emergencia de carga, generador, línea de transmisión, etc.);
• Garantizar las condiciones de funcionamiento de los generadores de la central eléctrica en el rango de generación de potencia de reacción que favorecen los modos de funcionamiento más óptimos.

Partiendo de la base de las tareas que deben resolver los reactores MCSR, así como teniendo en cuenta la experiencia existente en su funcionamiento, el campo de aplicación de los reactores controlados abarca (pero no se limita a) las siguientes áreas de las redes eléctricas:

• redes con curvas de carga que cambian abruptamente;
• Las redes con equipos de conmutación y transformadores desgastados se han utilizado con frecuencia para la regulación de los niveles de voltaje;
• redes construidas mediante tránsitos de larga distancia, que tienden a presentar variaciones frecuentes en el valor y/o la dirección de los flujos de energía;
• redes para el suministro de energía a consumidores con mayor demanda de estabilidad de voltaje;
• redes con mayores pérdidas;
• redes que tienen un modo de operación que no permite proporcionar la carga admisible de los generadores en lo que respecta a la potencia reactiva.

Las amplias posibilidades que ofrecen los MCSR garantizan la conveniencia de su aplicación en diferentes clases de voltaje. Además, el efecto esperado podría observarse tanto en las redes de consumo locales como en la solución de los problemas fundamentales del sistema eléctrico nacional en su conjunto.

En el contexto de la consolidación de las relaciones de mercado en el sector de la energía eléctrica y el aumento de las inversiones para el desarrollo de las redes eléctricas, los MCSR ofrecen ciertas ventajas:

• A nivel de las redes eléctricas de alimentación y distribución, los sistemas MCSR garantizan una reducción significativa de las pérdidas de energía eléctrica y un aumento de los beneficios del operador del sistema y de las empresas distribuidoras, respectivamente;
• En lo que respecta a los consumidores de energía eléctrica, los MCSR se instalan con el fin de reducir los cargos a pagar por la potencia reactiva consumida (mantenimiento de cos (ɸ)), asegurando la calidad de voltaje requerida en el punto de los clientes finales, así como en la capacidad de las medidas requeridas para la conexión de nuevas capacidades a la red.

Un reactor de derivación controlado magnéticamente (MCSR) es un dispositivo tipo transformador que, además, proporciona las funciones de un aparato clave semiconductor; esto se garantiza mediante el funcionamiento del sistema magnético del reactor en el dominio de la saturación profunda. El principio de funcionamiento permitió un uso óptimo de los diseños existentes tanto en la industria de producción de transformadores como en el campo de la electrónica de potencia. El sistema magnético del MCSR monofásico incluye dos núcleos con bobinados, yugos verticales y horizontales. Los bobinados de control con conexión opuesta y los bobinados de potencia con conexión en serie (concordante) están dispuestos en los núcleos del sistema magnético CST. Los núcleos del sistema magnético del MCSR están libres de entrehierros no magnéticos, y debido a este efecto, en caso de conexión del reactor a la red, estará en vacío. De este modo, el valor de la potencia reactiva consumida de la red no superará el 3 % de la magnitud nominal. Para aumentar la carga del reactor en cuanto a potencia reactiva, su rango de funcionamiento debe desplazarse hacia la zona no lineal de la característica de histéresis ; esto se logra mediante la polarización adicional del sistema magnético. Al conectar la fuente de tensión continua regulada a los devanados de control, se garantiza un aumento del flujo de polarización.

Debido a que el flujo de corriente alterna del devanado de potencia se superpone al flujo de polarización, el flujo neto se desplaza hacia el dominio de saturación de los núcleos del sistema magnético. En consecuencia, la saturación de los núcleos provoca la aparición de corriente en el devanado de potencia. En caso de entrada o salida de energía del circuito de control, se garantiza el proceso transitorio de aumento o disminución de la corriente de la red y, respectivamente, de la potencia reactiva consumida por el reactor.

La corriente del devanado de potencia del reactor se regula según el modo de control proporcional , cuando el ángulo de control de los tiristores de la fuente de corriente rectificada cambia según el modo proporcional dependiendo del desajuste entre el ajuste de tensión prescrito y la tensión en el punto de conexión del reactor. En caso de necesidad de implementar la transición rápida del reactor de un modo de cuasi-estado estacionario a otro, se implementa el esquema de sobreexcitación/subexcitación. En tal caso, el tiempo para obtener la potencia máxima partiendo de la condición de vacío se reduce hasta 0,3 s. De manera constructiva, es posible asegurar cualquier velocidad de variación de la potencia del reactor. Sin embargo, basándose en la experiencia práctica de la aplicación MCSR, se ha determinado el equilibrio óptimo entre la velocidad de operación del reactor y la capacidad del sistema de polarización: velocidad de aumento/reducción de potencia dentro de 0,3 – 1,0 s, capacidad del sistema de polarización – 1 – 2% de la capacidad nominal del reactor.

Según los requisitos deseados, el MCSR se ajusta de manera que sea posible lograr la estabilización del nivel de tensión, el valor de la potencia reactiva consumida o la magnitud de la corriente consumida. Los reactores controlados, al igual que sus análogos no controlados, se subdividen en reactores de barra y reactores de línea. Basándose en este principio, el diseño del MCSR se completa con un elemento adicional que garantiza la prepolarización de la parte electromagnética y la posterior energización sin inercia del reactor (con un tiempo de aumento de potencia inferior a un ciclo de la frecuencia de la red eléctrica). Al igual que todos los equipos transformadores, el MCSR puede soportar sobrecargas a largo plazo de hasta el 120-130%, así como sobrecargas a corto plazo de hasta el 200%. Además, considerando las medidas adicionales y los algoritmos de control, el MCSR realiza todas las funciones de un reactor de derivación no controlado, incluida la capacidad de operar dentro del intervalo de reconexión automática monofásica.

• Reactores eléctricos controlados por polarización. / Obras completas editadas por el Doctor en Ciencias Técnicas, Profesor AM Bryantsev. — M.: “Znak”. 264 p.  Il., 2004. — ISBN 5-87789-054-9.
• Reactores de derivación controlados por polarización / Monografía editada por el Doctor en Ciencias Técnicas, Profesor GA Yevdokunin. — Editorial “Rodnaya Ladoga”. 280 págs., 2013. — ISBN 978-5-905657-07-8. .
• Reactive power static compensator based on CSR as mandatory facility for Energy Efficiency in the power industry / D.V. Kondratenko, A.G. Dolgopolov, T.A. Shibayeva, A.V. Vishtibeyev. — Electro magazin, №2., 2009..
• Overhead transmission lines equipped with CSR. Single-phase automatic reclosing. / A.G. Dolgopolov, D.V. Kondratenko, M.V. Dmitriyev, G.A. Yevdokunin, E.B. Sheskin. — Electro magazin, №4., 2012..
• Experience of application of line controlled shunt reactors. Possible problems and solution approaches. / K.V. Aristov, A.G. Dolgopolov, D.V. Kondratenko, Y.V. Sokolov. — Electro magazin, №4., 2012