Efecto Ferranti

¿Qué es el Efecto Ferranti?

• Una línea de transmisión extensa arrastra una cantidad sustancial de corriente de carga. Si una  linea de este tipo esta en circuito abierto o muy ligeramente cargada en el extremo final. La tensión en el extremo final, siendo mayor que la tensión en el extremo inicial de la linea, se le conoce como efecto ferranti.Todas las cargas son inductivas por naturaleza y por lo tanto ellas consumen mucha potencia reactiva de las lineas de transmisión. De tal manera que hay una caída de tensión en las lineas. Los capacitores quienes suministran potencia reactiva están conectados en paralelo a la linea de transmisión en el extremo final, para así compensar la potencia reactiva consumida por las cargas inductivas.

• Como la carga inductiva aumenta, varios de los capacitores son conectados en paralelo por conmutación electrónica. Esta potencia reactiva consumida por cargas inductivas son suministradas por los capacitores, de este modo se reduce el consumo de potencia reactiva de la linea. Sin embargo, cuando las cargas inductivas son desconectadas, los capacitores siguen operando. La potencia reactiva suministrada por los capacitores se suma a la linea de transmisión debido a la ausencia de inductancia. Como resultado el voltaje al final de la linea incrementa y es mayor que el voltaje del extremo inicial de la linea. Esto es conocido como efecto ferranti.

(Diagrama fasorial)
¿Por qué el aumento de voltaje en una linea de transmisión larga y sin carga?

El efecto ferranti ocurre cuando la corriente arrastrada por la capacitancia distribuida de la linea de transmisión es mayor que la corriente asociada con la carga al final de la linea. Ademas, el efecto ferranti tiende a ser más problemático cuando hay poca carga, y especialmente en circuitos subterráneos donde la capacitancia shunt es mayor que la de una linea aérea equivalente. Este efecto es debido a la caída de voltaje a través de la inductancia de linea (debido a la corriente de carga), estando en fase con los voltajes del extremo inicial. Como esta caída de voltaje afecta el voltaje extremo inicial,el voltaje del extremo final se vuelve más grande. El efecto ferranti sera mas pronunciado cuanto mas largo es la linea y cuanto mas alto es el voltaje aplicado.

El efecto ferranti no es un problema de las lineas que están cargadas, porque el efecto capacitivo de la linea es constante independiente de la carga, mientras que  la inductancia variara con la carga. Como la carga inductiva es añadida, el VAR generado por la capacitancia de la linea es consumida por la carga.

Como reducir el efecto ferranti

Reactores Shunt y capacitores serie:

• La necesidad de largos reactores shunt apareció cuando largas lineas de transmisión de potencia para  sistemas de voltaje, 220 kv o mas altas, fueron construidas. Los parámetros característicos de una linea son la inductancia serie(debido al campo magnético alrededor de los conductores) y la capacitancia shunt (debido al campo electrostático a la tierra).

• Para estabilizar el voltaje de linea, la inductancia de linea puede ser compensada por medio de capacitores series y la capacitancia de la linea a tierra por reactores shunt. Los capacitores series son puestos en diferentes lugares a lo largo de la linea mientras que los reactores shunt son a menudo instalados en las estaciones al final de la linea. De esta forma, la diferencia de voltaje entre los extremos de la linea es reducido tanto en amplitud y en angulo de fase.
• Los reactores shunt también pueden ser conectados al sistema de potencia en momentos donde varias lineas se encuentran o en devanados terciarios de transformadores.
• Los cables de transmisión tienen mucha masa alta capacitancia a la tierra que las lineas aéreas. Los cables submarinos largos para sistemas de voltaje de 100 kV y más, necesitan reactores shunt. Lo mismo corre para redes urbanas largas para prevenir el aumento excesivo de voltaje cuando una gran carga cae repentinamente debido a una falla.
• Los reactores shunt contienen el mismo componente que los transformadores de potencia, como bobinas, núcleo, deposito, boquilla y aceite aislante. Y son apropiados para la fabricación en fabricas de transformadores. Tanto la inductancia y la capacitancia, son distribuidas a lo largo de toda la linea.También lo son la resistencia en serie y la admitancia a la tierra. Cuando la linea esta cargada, hay una caída voltaje a lo largo de la linea debido a la inductancia serie y a la resistencia serie. Cuando la linea es energizada pero no cargada o solo cargada con una pequeña corriente, hay un aumento de voltaje a lo largo de la linea.En esta situación, la capacitancia a tierra atrae una corriente a través de la linea, cual puede ser capacitiva. Cuando una corriente capacitiva fluye a través de la linea inductiva habrá un aumento de voltaje a lo largo de la linea.

Se agradece al ing. Iñaki Aguirre (Chile) por la traducción y edición de este excelente artículo del Ing. Jignesh Parmar (India).

Fuente: transmisionelectrica.wordpress.com

Artículo original aqui (en Inglés).