Reactancias de alisado

 

Reactancia de alisado ABB, 800 kV HVDC en baño de aceite

 

Las reactancias de alisado, son componentes de los sistemas de transmisión en corriente continua de alta tensión (HVDC), se usan para reducir el flujo de corrientes armónicas y de sobrecorrientes transitorias en el sistema de corriente continua gracias a sus dos funciones:

ü  Suavizar el rizado de la tensión en el puente convertidor de 12 fases.

ü  Disminuir la corriente de cortocircuito en el enlace de corriente continua.

La corriente continua que procede del rectificador en los sistemas de c.c. tiene componentes armónicos superpuestos, también llamados rizado. La reactancia de alisado está conectada en serie al rectificador (convertidor) y por ella circula toda la corriente de carga, incluida la corriente continua y las pequeñas corrientes armónicas de corriente alterna.

Figura 1

El propósito de la reactancia es proporcionar una alta impedancia al flujo de las corrientes armónicas, reducir su magnitud y, por lo tanto, hacer que la corriente continua sea más uniforme. Cuanto mayor sea la inductancia de la reactancia, menores serán las corrientes armónicas restantes (rizado), pero al mismo tiempo mayores serán los costes y las pérdidas de la reactancia. La caída de tensión a través de la reactancia son los huecos en la tensión del rectificador.

Una reactancia de alisado no tiene una potencia nominal en el mismo sentido que las reactancias de corriente alterna. Sin embargo, se puede comparar su tamaño en función de la energía magnética almacenada. A este respecto, el tamaño de una reactancia de alisado en sistemas HVDC puede ser mucho mayor que incluso las reactancias shunt más grandes, lo que también se refleja en las dimensiones físicas. A veces es necesario compartir el devanado (que naturalmente es monofásico) en dos columnas del núcleo para mantener las dimensiones externas dentro del perfil de transporte.

Además de reducir el rizado de la corriente, la reactancia de alisado tiene otras funciones que cubrir, como:

ü  prevenir el fallo de conmutación en el inversor limitando la velocidad de subida de la corriente durante la conmutación en un puente (la transferencia de corriente de una válvula a otra en la misma posición del puente) y durante la caída de tensión en otro puente;

ü  reducir la velocidad de subida de la corriente si se producen fallos en el sistema de c.c.;

ü  mejorar la estabilidad dinámica del sistema de transmisión;

ü  reducir el riesgo de fallo de conmutación durante la caída de tensión del sistema de c.a..

El diseño puede ser de tipo seco o sumergido en aceite, con o sin núcleo de hierro hueco o con pantalla magnética. La característica magnética puede ser lineal o no lineal.

En los grandes sistemas HVDC, las reactancias de alisado funcionan a un alto potencial de c.c. a tierra. Cuando se han utilizado reactancias de núcleo de aire de tipo seco, se han colocado en plataformas, que tienen un alto nivel de aislamiento a tierra. En muchos casos, dependiendo de la inductancia requerida y de la tensión de servicio, las reactancias de núcleo de aire de tipo seco serán probablemente más baratas y ligeras que las reactancias sumergidas en aceite (foto cabecera). Sin embargo, incluso el peso de las reactancias de núcleo de aire de tipo seco puede ascender a 25 - 50 toneladas, por lo que una plataforma aislante debe tener un diseño mecánico robusto (figura 2).

Las reactancias de núcleo de aire de tipo seco tienen una característica de inductancia lineal, mientras que las reactancias sumergidas en aceite pueden tener una característica de inductancia no lineal debido a la saturación en el núcleo ferromagnético o el blindaje, dependiendo de la densidad de flujo elegida al diseñar la reactancia.

Figura 2: Reactancias de alisado BPEG- 800kV HVDC 4000 A, 75mH

La corriente continua que fluye a través de las reactancias de alisado provoca un desajuste magnetizante que se superpone la magnetización de c.a.. De forma que, el flujo magnético no oscilará simétricamente en torno a cero, sino en torno a un valor de flujo determinado por la magnetización de corriente continua. En la parte del ciclo en la que el flujo de c.c. y el flujo de c.a. tienen la misma dirección, el núcleo de hierro puede estar saturado.

La figura 3 muestra un ejemplo en el que la línea roja vertical indica la magnetización de c.c. de polarización causada por la corriente de c.c. que circula por la reactancia. Las dos líneas horizontales punteadas indican la franja de variación del flujo enlazado causada por la tensión de c.a. armónica superpuesta. Están situadas simétricamente alrededor del flujo magnético en corriente continua. Las dos líneas verticales de puntos indican los límites de la corriente alterna armónica correspondiente. Estos últimos límites están situados asimétricamente en relación con la corriente magnetizante de c.c.

 

Figura 3

La inductancia L de la reactancia se define como:

Es idéntica a la pendiente de la curva de magnetización, que varía con la corriente de magnetización. La parte inferior de la curva es lineal, y en este intervalo L es constante. Cuando el núcleo está completamente saturado, la curva también es lineal y L también es constante, pero aquí la pendiente de la curva corresponde a la inductancia de una reactancia con núcleo de aire, como si el núcleo de hierro no existiera. Entre estos dos rangos lineales hay un rango en el que la curva no es lineal. En este rango L no es constante, sino que varía durante el ciclo de la tensión y la corriente alterna. La L resultante se denomina inductancia incremental, que es menor que la inductancia en el rango lineal bajo de la curva. En consecuencia, la reducción del rizado de la corriente también será menor en comparación con la reducción que se conseguiría si la reactancia funcionara en el rango lineal bajo de la curva de magnetización. Por otro lado, sin embargo, esto provocaría una reactancia más cara. En la actualidad, las reactancias de alisado de los grandes sistemas de transmisión HVDC son sumergidos en aceite y se diseñan con núcleo de hierro seccionado, al igual que las grandes reactancia shunt. Para estas reactancias, la inductancia incremental es un parámetro esencial. Puede medirse durante la prueba de entrega siempre que se disponga de una fuente de corriente continua suficientemente grande en el laboratorio de pruebas. Otra posibilidad es calcular la inductancia incremental a partir del gráfico de la curva de magnetización de la reactancia.

Las reactancias de alisado de los sistemas HVDC están sometidos a tensiones dieléctricas especiales cuando cambia la dirección del flujo de potencia en el enlace. Para verificar la capacidad de la reactancia de soportar tales tensiones, se realiza una prueba de inversión de polaridad antes de su entrega desde fábrica. La figura 4 muestra un diagrama de tensión en función del tiempo para dicha prueba. A un período con polaridad negativa le sigue un período de polaridad positiva y, finalmente, un período de retorno a la polaridad negativa. Para demostrar que existe un margen de seguridad satisfactorio, la tensión de prueba Upr debe ser superior a la tensión nominal de c.c. en servicio, por ejemplo, el 25% u otro valor, según acuerdo.

Figura 4

La prueba de inversión de polaridad va seguida de una prueba de tensión alterna de 1 hora de duración con medición de descargas parciales.

La prueba dieléctrica incluye también una prueba de resistencia con tensión de c.c. igual a 1,5 veces la tensión nominal de servicio de 1 hora de duración y con medición de descargas parciales. Encontrará información complementaria en: - IEC 60076-6; - IEEE Std 1277-2000 IEEE Standard General Requirements and Test Code for Dry-Type and Oil-Immersed Smoothing Reactors for DC Power Transmission.