Esta pregunta está relacionada con mi pregunta anterior a la que Olin proporcionó una excelente respuesta .
Tenga en cuenta que esta pregunta se refiere a los sistemas de transmisión y distribución, no a la electrónica. Creo que la mayoría de los ingenieros de sistemas de energía conocen las afirmaciones que hago en la pregunta y, por lo tanto, no he incluido citas ni fuentes externas.
La siguiente cita sobre el apagón de 2003 se tomó del informe "Prevención del colapso de voltaje con sistemas de protección que incorporan un control óptimo de potencia reactiva", Publicación de PSERC 08-20:
Al realizar el control óptimo de potencia reactiva después de contingencias, se mejoró el perfil de voltaje del sistema, el margen de estabilidad de voltaje en los buses de carga y los márgenes de relé para asegurar que se cumplieran los criterios de operación del sistema después de cualquiera de las contingencias.
La potencia reactiva se utiliza para controlar el voltaje en los sistemas de transmisión y se dice que aumenta la estabilidad del voltaje.
¿Por qué y cómo ayuda la potencia reactiva a mejorar la estabilidad del voltaje?
La pregunta anterior era sobre por qué la potencia reactiva afecta el voltaje. De hecho, esta pregunta está relacionada, pero en mi opinión es una pregunta completamente diferente y las respuestas a la pregunta anterior no serán aplicables para esto. Por lo tanto, en mi opinión, esto no es un duplicado.
En primer lugar, creo que su pregunta no debería ser solo 'por qué las cargas reactivas mejoran la estabilidad del voltaje de la red ', debería ser la estabilidad de la red, no solo el voltaje, la corriente o la potencia. Todo está mejorado.
Volvamos a la década de 1970: la red eléctrica es completamente de CA, completamente lineal (es decir, la energía de CA se genera en una planta de energía y se utilizan múltiples etapas de transformadores lineales para entregarla al cliente final). Sin líneas de alimentación de CC en el medio, sin inversores, sin PFC. El voltaje en la línea eléctrica está sincronizado con bastante precisión para permitir el uso de motores de sincronización (motores síncronos, por ejemplo, en relojes de estaciones de tren), temporizadores y codificación DTMF en líneas eléctricas, etc.
La mayoría de los dispositivos que usan los hogares regulares y que usan una cantidad apreciable de energía tienen un buen factor de potencia; son cargas resistivas casi perfectas. Planchas para ropa, focos, hornos. Además, los hogares utilizan una cantidad de energía bastante pequeña (históricamente, entre el 10 y el 15 % de la energía eléctrica). Ahora, una gran instalación industrial enciende sus motores gigantes. Los motores son máquinas muy inductivas, es decir, tienen un factor de potencia bajo. Un gran sistema de bombeo de una planta de aguas residuales puede usar tanta energía como una cuadra entera de la ciudad, por lo que esto tiene un gran efecto en la red.
Una red perfecta es muy 'rígida': sus líneas eléctricas no tienen caída de tensión, autoinducción ni retardo de propagación. En realidad, por supuesto, las líneas eléctricas tienen cierta elasticidad y, especialmente, el uso de grandes motores y otros dispositivos con una gran diferencia en el factor de potencia del promedio puede desestabilizar la red local. Tenga en cuenta las formas de onda de voltaje y corriente; en un mundo ideal, estas son ondas sinusoidales sincrónicas. Sin embargo, si el 50 % de la red es casi perfectamente resistiva y el otro 50 % de la red tiene un factor de potencia de, por ejemplo, 0,5, la forma de onda actual ya no es senoidal; la corriente se dibuja tanto en el pico de la forma de onda de voltaje como entre el pico y el cruce por cero. Es más como una forma de onda de bloque. Este aumento de corriente 'entre' los picos combinado con la autoinducción de la red provoca picos de tensión.
No solo eso; los disyuntores, por ejemplo, siempre han confiado tradicionalmente en el cruce por cero actual durante un período de tiempo razonable para poder cambiar. No puede apagar 100kA; incluso si literalmente cortara el cable con un hacha, aún se formaría un arco y haría que la corriente siguiera fluyendo durante demasiado tiempo para estar seguro. Los tiristores y otros disyuntores de estado sólido también siguen conduciendo hasta que los cruces por cero actuales, incluso con sus compuertas apagadas. Las velocidades de borde aumentadas que causa la distorsión en la red pueden causar grandes problemas con los interruptores automáticos.
Entonces, la forma tradicional de solucionar esto es colocar grandes bancos de condensadores lo más cerca posible de los motores. Los motores son una 'carga' reactiva, los condensadores son un 'generador' reactivo y, combinados, aparecen en la red como una carga casi resistiva que se comporta bien.
Esto es muy simple y efectivo, y aunque digo que es anticuado, su baja complejidad lo hace increíblemente confiable. Sin embargo, tiene desventajas; Los bancos de condensadores lo suficientemente grandes como para compensar un motor grande (100 s de rango de kW a MW) son excesivamente caros y grandes. Además, solo son óptimos para una carga de motor específica (esto depende del tipo de máquina eléctrica). Debe conectar y desconectar los condensadores para ajustar la compensación. Por último, todavía hay bastante pérdida de energía en este sistema.
Tenga en cuenta que esto no solo se hace cerca o en máquinas específicas; a veces, las compañías eléctricas utilizan grandes bancos de condensadores en ramas enteras de su red eléctrica para igualar los factores de potencia efectivos de diferentes dominios.
Un enfoque más moderno es utilizar un controlador de frecuencia o inversor para controlar el motor. La alimentación de red se rectifica a un voltaje de CC y luego se corta (invierte) nuevamente para alimentar al motor de CA. PFC en el rectificador asegura que la unidad tenga un buen factor de potencia en la red. Este enfoque es mucho más eficiente en términos de espacio y costo, brinda un mejor control sobre el par y la velocidad y es más fácil en la red.
usuario36129
Li Aung Yip