Reactancias limitadoras de corriente

 

Las reactancias limitadoras de corriente son reactancias en serie destinadas a reducir las corrientes de cortocircuito en el sistema eléctrico. El motivo para reducir las corrientes de cortocircuito es utilizar disyuntores con menor capacidad de corte de corriente de cortocircuito y, en consecuencia, disyuntores más baratos.

A veces, otros componentes del sistema también necesitan protección contra corrientes de cortocircuito demasiado altas, como por ejemplo los transformadores autoconectados que no se autoprotegen debido a su baja impedancia.

Otra aplicación es la limitación de la corriente de irrupción al arrancar grandes motores.

Las reactancias limitadoras de corriente se utilizan a veces para limitar las corrientes de descarga de las baterías de condensadores.

Reactancias limitadoras de corriente de tipo seco

Para tensiones y potencias moderadas, el tipo más barato de reactancias limitadoras de corriente suele ser la simple reactancia sin núcleo de hierro ni envolvente, refrigerado por circulación natural de aire. Numerosas reactancias de este tipo están en funcionamiento en todo el mundo, la mayoría de ellas probablemente en sistemas de potencia de media y alta tensión.

La magnitud de la inductancia de estas reactancias suele ser del orden de milihenrios. La inductancia permanece constante cuando la corriente de cortocircuito fluye a través de la reactancia. La inductancia no disminuye por saturación al no disponer de núcleo de hierro.

El material conductor del bobinado puede ser cobre o aluminio. El aislamiento y los materiales de soporte del bobinado son sintéticos, con frecuencia de clase de alta temperatura. Cuando la corriente de cortocircuito debida a un fallo en el sistema eléctrico fluye a través de la reactancia, surgen elevadas fuerzas mecánicas en la reactancia, dentro de cada devanado de fase, así como entre las fases. Las reactancias deben diseñarse para soportar estas fuerzas, lo que a menudo determina el dimensionado de la reactancia.

La ausencia de un núcleo de hierro hace que la capacitancia del devanado a tierra sea bastante pequeña, lo que ofrece la ventaja de que la distribución de tensión dentro del devanado se desvía sólo moderadamente de la linealidad en condiciones de tensión transitoria.

La figura 1 muestra un esquema de una fase de una reactancia de este tipo. Los dos rectángulos ilustran los contornos exteriores del devanado. a es la altura total y r es la anchura radial del devanado. D es el diámetro medio del devanado. La inductancia es proporcional al cuadrado del número de espiras, D es un factor que depende de los cocientes a/D y r/D.

Figura 1

La inductancia mutua entre las fases se suma, dependiendo de la distancia entre las fases y de si las fases están colocadas una encima de la otra o una al lado de la otra, véase la figura 2.

Figura 2

Las reactancias con núcleo de aire pueden requerir un espacio relativamente grande debido a que el campo magnético se propaga libremente en los alrededores y puede provocar un calentamiento excesivo en los refuerzos de hierro de paredes, suelos y techos de hormigón, cercados y otros elementos metálicos.

Por tanto, debe mantenerse una distancia adecuada de las reactancias. La distancia debe ser suficientemente grande para mantener el campo magnético por debajo de 80 A/m en el suelo y en el techo. En las paredes adyacentes, el campo magnético no debe superar los 30 A/m.

Estos valores de campo se refieren a la corriente nominal continua a través de la reactancia o a corrientes temporales que duran más de unos minutos.

La constante de tiempo térmica del hierro de forjado y de las cercas es pequeña. El proveedor debe informar al comprador sobre las distancias necesarias con relación a las reactancias, a las cuales el campo magnético ha disminuido a los valores mencionados anteriormente.

La figura 3 ilustra el campo magnético atribuido a una reactancia con núcleo de aire sin envolvente. Las considerables fuerzas debidas al campo pueden arrastrar hacia la reactancia los elementos de hierro sueltos que se encuentren en las proximidades y causar daños. Por ello, se recomienda mantener limpios los alrededores.

Figura 3

Debe tenerse en cuenta la posible influencia perturbadora del campo magnético sobre el funcionamiento de otros productos electrotécnicos situados en las proximidades.

Las personas no deben permanecer regularmente durante mucho tiempo cerca del fuerte campo magnético de tales reactancias cuando la corriente fluye por sus bobinados.

NOTA: Las personas portadoras de marcapasos deben mantenerse alejadas de este tipo de reactancias.

Reactancias limitadoras de corriente sumergidas en aceite

Las reactancias de tipo seco para tensiones más altas pueden no ser adecuadas en zonas muy contaminadas debido al riesgo de fallo dieléctrico. En tales casos, las reactancias sumergidas en aceite pueden ser más fiables.

Para evitar un calentamiento excesivo en el depósito, el devanado de la reactancia sumergida en aceite debe ir rodeado de un marco de acero laminado. Véase la figura 4. Puede que no sea necesario que el núcleo disponga de huecos en el centro del bobinado como en las reactancias shunt. El dimensionado de la reactancia debe ser tal que la inductancia sea suficientemente grande cuando la corriente de cortocircuito circule por la reactancia y cuando pueda producirse saturación en el núcleo.

Figura 4

Las pérdidas por corrientes de Foucault en los devanados de las reactancias sin huecos en la extremidad central del núcleo son bastante elevadas debido al fuerte campo magnético en el que están situados los conductores del devanado. Un núcleo con huecos reduciría estas pérdidas por corrientes de Foucault, pero por otro lado el núcleo sería más complicado y costoso.

El campo magnético también puede apantallarse mediante placas de materiales altamente conductores como el cobre o el aluminio. Sin embargo, las pérdidas serán elevadas en los apantallamientos debido a las altas corrientes de circulación, por lo que este método de apantallamiento sólo es aplicable para potencias de las reactancias más pequeñas.

El coste de una reactancia sumergida en aceite será considerablemente mayor que el de una de tipo seco, mientras que la reactancia sumergida en aceite puede ocupar menos espacio.

Al solicitar una reactancia limitadora de corriente, debe facilitarse la siguiente información:

ü  Tensión del sistema;

ü  Frecuencia;

ü  Potencia de cortocircuito del sistema de alimentación;

ü  Nivel de aislamiento;

ü  Corriente continua nominal y/o corriente de corta duración nominal y duración;

ü  Impedancia nominal de la reactancia o, alternativamente, la potencia de cortocircuito reducida después de incluir la aportación de la impedancia de la reactancia;

ü  Tipo seco o sumergido en aceite;

ü  Instalación interior o exterior.