Función, cálculo y compensación del reactor de derivación

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El reactor de derivación es un componente crucial en los sistemas eléctricos de potencia, ya que ayuda a controlar y estabilizar la tensión en la red eléctrica. En este sentido, la función principal del reactor de derivación es la de limitar la corriente en caso de cortocircuitos y mantener la tensión en niveles aceptables en el sistema.

En este contexto, el cálculo y la compensación del reactor de derivación son aspectos cruciales a tener en cuenta para garantizar su correcto funcionamiento y optimizar su rendimiento. El cálculo del reactor de derivación debe tener en cuenta factores como la capacidad de la red eléctrica, la carga del sistema y la impedancia del circuito, entre otros.

Por otro lado, la compensación del reactor de derivación se refiere a la posibilidad de ajustar su capacidad para adaptarse a las necesidades del sistema eléctrico. Esta compensación puede lograrse mediante la adición o eliminación de bobinas al reactor.

En este artículo, se abordará en detalle la función, el cálculo y la compensación del reactor de derivación en los sistemas eléctricos de potencia. Se explicarán los diferentes tipos de reactores de derivación disponibles en el mercado, así como su aplicación en situaciones específicas. Además, se analizarán las ventajas y desventajas de cada tipo de reactor, así como los factores a tener en cuenta para su instalación y mantenimiento adecuados.

Indice de contenidos

Características del reactor de derivación

El reactor de derivación es un componente clave en muchos sistemas eléctricos y se utiliza para regular el flujo de corriente en una red de distribución. A continuación, se presentan algunas de las características más importantes del reactor de derivación:

1. Función

  • El reactor de derivación se utiliza para limitar la corriente y el voltaje en una red eléctrica. Ayuda a reducir la fluctuación de la corriente y protege los equipos eléctricos de posibles daños.
  • El reactor de derivación también se utiliza para mejorar la estabilidad y la calidad de la energía eléctrica. Al limitar la corriente y el voltaje, se reduce la posibilidad de interrupciones en la alimentación eléctrica y se mejora la eficiencia del sistema.
  • Además, el reactor de derivación se utiliza para compensar la reactancia capacitiva de los cables y otros componentes de la red eléctrica, lo que ayuda a mejorar la eficiencia energética y reducir las pérdidas de energía.

2. Cálculo

  • El cálculo del reactor de derivación se basa en varios factores, entre ellos la capacidad de corriente, la tensión nominal, la frecuencia de operación y la impedancia de carga de la red eléctrica.
  • El cálculo del reactor de derivación también se basa en la longitud de los cables y la distancia entre los equipos eléctricos, ya que esto afecta la reactancia capacitiva de la red eléctrica.
  • Es importante realizar un cálculo preciso del reactor de derivación para garantizar su eficacia y evitar posibles problemas de sobrecarga o subcarga en la red eléctrica.

3. Compensación

  • La compensación del reactor de derivación se utiliza para equilibrar la reactancia capacitiva de la red eléctrica y mejorar la eficiencia energética.
  • La compensación del reactor de derivación se puede realizar de forma estática o dinámica. La compensación estática se realiza mediante la instalación de un reactor de derivación fijo en la red eléctrica, mientras que la compensación dinámica se realiza mediante la instalación de un reactor de derivación ajustable que se puede controlar electrónicamente.
  • La compensación del reactor de derivación también se utiliza para reducir las pérdidas de energía en la red eléctrica y mejorar la calidad de la energía eléctrica.

Su función principal es limitar la corriente y el voltaje, mejorar la estabilidad y la calidad de la energía eléctrica, y compensar la reactancia capacitiva de los cables y otros componentes de la red eléctrica. Es importante realizar un cálculo preciso del reactor de derivación y utilizar la compensación adecuada para garantizar su eficacia y evitar posibles problemas de sobrecarga o subcarga en la red eléctrica.

Uso de la corriente en circuitos de CA

La corriente es una magnitud fundamental en los circuitos de corriente alterna (CA) y su uso es esencial en el funcionamiento de los mismos. A continuación, se explicará su uso en detalle:

Generación de campos magnéticos

La corriente eléctrica en un circuito de CA genera un campo magnético variable en el tiempo alrededor del conductor. Este campo magnético es esencial para el funcionamiento de dispositivos como motores eléctricos y transformadores.

Medición de la corriente

La medición de la corriente es esencial para el diagnóstico de problemas en los circuitos de CA. Los amperímetros son utilizados para medir la corriente en un circuito y pueden ser conectados en serie con el conductor que se desea medir.

Protección de los circuitos

La corriente también es utilizada para proteger los circuitos de CA. Los interruptores automáticos y los fusibles son dispositivos utilizados para proteger los circuitos de sobrecargas y cortocircuitos. Estos dispositivos actúan cuando la corriente en el circuito excede un valor determinado.

Compensación del reactor de derivación

La compensación del reactor de derivación es una técnica utilizada para mejorar el factor de potencia en los circuitos de CA. El reactor de derivación es un dispositivo utilizado para limitar la corriente en un circuito. La compensación consiste en conectar un capacitor en paralelo con el reactor de derivación para mejorar el factor de potencia.

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Su uso adecuado es esencial para el correcto funcionamiento de los circuitos eléctricos.

Aplicaciones de la función del reactor de derivación

El reactor de derivación es un dispositivo que se utiliza en la industria eléctrica para controlar y regular la corriente eléctrica que fluye a través de un circuito. La función principal del reactor de derivación es la de limitar la corriente en el circuito, lo que ayuda a proteger los equipos eléctricos y a mantener el suministro de energía estable. Sin embargo, el reactor de derivación también tiene otras aplicaciones importantes en la industria eléctrica, como se detalla a continuación:

1. Reducción de armónicos

Los armónicos son corrientes eléctricas que tienen una frecuencia múltiple de la frecuencia fundamental de la red eléctrica. Estas corrientes pueden causar problemas en los equipos eléctricos y en la red eléctrica en general. El reactor de derivación se utiliza para reducir los armónicos y mejorar la calidad de la energía eléctrica suministrada. Al limitar la corriente en el circuito, el reactor de derivación reduce la cantidad de armónicos presentes en la corriente eléctrica.

2. Compensación de la energía reactiva

La energía reactiva es la energía que se almacena y se libera en los equipos eléctricos, como los motores eléctricos y los transformadores. La energía reactiva no produce trabajo útil, pero es necesaria para mantener el voltaje y la corriente en el circuito. El reactor de derivación se utiliza para compensar la energía reactiva, lo que ayuda a mantener el voltaje y la corriente en el circuito dentro de los límites aceptables.

3. Control de la corriente de cortocircuito

El cortocircuito es una falla eléctrica que ocurre cuando una corriente eléctrica fluye a través de un camino de baja resistencia en el circuito. Esto puede causar daños en los equipos eléctricos y en la red eléctrica en general. El reactor de derivación se utiliza para controlar la corriente de cortocircuito y evitar daños en los equipos eléctricos. Al limitar la corriente en el circuito, el reactor de derivación reduce la cantidad de corriente que fluye a través del cortocircuito.

4. Estabilización del voltaje

El voltaje es la fuerza eléctrica que impulsa la corriente a través del circuito. El voltaje puede fluctuar debido a las variaciones en la demanda de energía eléctrica y a otros factores externos. El reactor de derivación se utiliza para estabilizar el voltaje y mantenerlo dentro de los límites aceptables. Al limitar la corriente en el circuito, el reactor de derivación ayuda a mantener el voltaje estable.

5. Protección de los equipos eléctricos

Los equipos eléctricos pueden verse afectados por una variedad de problemas eléctricos, como los cortocircuitos y los picos de voltaje. El reactor de derivación se utiliza para proteger los equipos eléctricos y mantenerlos operando de manera segura y eficiente. Al limitar la corriente en el circuito, el reactor de derivación ayuda a prevenir daños en los equipos eléctricos y a prolongar su vida útil.

Sus aplicaciones incluyen la reducción de armónicos, la compensación de la energía reactiva, el control de la corriente de cortocircuito, la estabilización del voltaje y la protección de los equipos eléctricos.

Diseño de circuitos de derivación

Los circuitos de derivación son utilizados para proteger componentes eléctricos y electrónicos de sobretensiones y sobrecargas. En este artículo, explicaremos detalladamente cómo diseñar circuitos de derivación para garantizar un funcionamiento seguro y eficiente.

¿Qué es un circuito de derivación?

Un circuito de derivación es un circuito eléctrico que se conecta en paralelo con el componente que se desea proteger. Cuando hay una sobretensión o sobrecarga en el componente, el circuito de derivación se activa y desvía la corriente para proteger el componente.

¿Cómo se diseña un circuito de derivación?

Para diseñar un circuito de derivación, es necesario seguir los siguientes pasos:

  1. Identificar el componente que se desea proteger.
  2. Calcular la corriente nominal del componente.
  3. Seleccionar el valor de la resistencia del circuito de derivación.
  4. Calcular la corriente máxima que puede soportar la resistencia.
  5. Seleccionar el valor del diodo de derivación.
  6. Calcular la corriente máxima que puede soportar el diodo.

¿Cómo se calcula la resistencia del circuito de derivación?

La resistencia del circuito de derivación se calcula utilizando la fórmula R = V/I, donde:

  • R: resistencia del circuito de derivación en ohmios.
  • V: voltaje nominal del componente en voltios.
  • I: corriente nominal del componente en amperios.

Por ejemplo, si el voltaje nominal del componente es de 12V y la corriente nominal es de 2A, la resistencia del circuito de derivación será de 6 ohmios.

¿Cómo se calcula la corriente máxima que puede soportar la resistencia?

La corriente máxima que puede soportar la resistencia se calcula utilizando la fórmula Imax = V/R, donde:

  • Imax: corriente máxima que puede soportar la resistencia en amperios.
  • V: voltaje máximo del componente en voltios.
  • R: resistencia del circuito de derivación en ohmios.

Por ejemplo, si el voltaje máximo del componente es de 20V y la resistencia del circuito de derivación es de 6 ohmios, la corriente máxima que puede soportar la resistencia será de 3.33A.

¿Cómo se selecciona el diodo de derivación?

El diodo de derivación se selecciona en base a la corriente máxima que puede soportar y al voltaje máximo que se espera que el componente protegido alcance.

Por ejemplo, si se espera que el componente protegido alcance un voltaje máximo de 20V y la corriente máxima que puede soportar el diodo es de 5A, se seleccionará un diodo que cumpla con estas especificaciones.

Conclusión

El diseño de circuitos de derivación es esencial para proteger componentes eléctricos y electrónicos de sobretensiones y sobrecargas. Al seguir los pasos adecuados, es posible diseñar un circuito de derivación seguro y eficiente que proteja el componente de manera efectiva.

Métodos de medición de la corriente del reactor

El reactor de derivación es un componente esencial en muchos sistemas de potencia y su función principal es la de controlar y limitar la corriente en un circuito. Para lograr esto, es necesario medir con precisión la corriente que fluye a través del reactor. Existen varios métodos para medir la corriente del reactor, los cuales detallaremos a continuación:

Método de medición por resistencia

Este método se basa en medir la caída de tensión a través de una resistencia en serie con el reactor. La corriente que fluye a través del reactor también fluye a través de la resistencia, lo que produce una caída de tensión proporcional a la corriente. La ventaja de este método es que es fácil de implementar y no requiere equipo especializado. Sin embargo, la resistencia introduce una pérdida de potencia en el circuito y puede afectar el rendimiento del sistema.

Método de medición por transformador de corriente

Este método utiliza un transformador de corriente para medir la corriente que fluye a través del reactor. El transformador de corriente es un dispositivo que convierte la corriente de alta intensidad en una corriente de baja intensidad que puede ser medida con un amperímetro convencional. Este método es preciso y no introduce pérdidas de potencia en el circuito. Sin embargo, requiere un transformador de corriente y un amperímetro especializado.

Método de medición por bobina de Rogowski

Este método utiliza una bobina de Rogowski para medir la corriente que fluye a través del reactor. La bobina de Rogowski es un dispositivo que consiste en una bobina de cobre con una sección abierta. La corriente que fluye a través del reactor induce una tensión en la bobina, que puede ser medida con un osciloscopio. Este método es preciso y no introduce pérdidas de potencia en el circuito. Además, la bobina de Rogowski es fácil de instalar y no requiere desconectar el circuito. Sin embargo, requiere un osciloscopio especializado.

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La elección del método dependerá de las necesidades específicas del sistema y del equipo disponible.

Ventajas y desventajas del uso de reactores de derivación

Los reactores de derivación son componentes eléctricos que se utilizan en sistemas de potencia para regular el flujo de corriente eléctrica en una línea de transmisión. A continuación, se describen las ventajas y desventajas de su uso:

Ventajas

  • Compensación de la caída de voltaje: Los reactores de derivación se utilizan para compensar la caída de voltaje en una línea de transmisión. Esto se logra al agregar una impedancia inductiva en paralelo con la línea, lo que ayuda a mantener el voltaje en el nivel adecuado.
  • Control de la corriente: Los reactores de derivación también se utilizan para controlar la corriente en una línea de transmisión. Al agregar una impedancia inductiva en paralelo con la línea, se reduce la corriente que fluye a través de la línea, lo que ayuda a proteger la línea y otros equipos eléctricos conectados a ella.
  • Reducción de la interferencia electromagnética: Los reactores de derivación también pueden reducir la interferencia electromagnética en una línea de transmisión. Al agregar una impedancia inductiva en paralelo con la línea, se reduce la cantidad de energía que se irradia desde la línea, lo que ayuda a reducir la interferencia electromagnética en otros equipos eléctricos cercanos.

Desventajas

  • Pérdida de energía: Los reactores de derivación pueden causar pérdidas de energía en una línea de transmisión. Esto se debe a que la impedancia inductiva en paralelo con la línea consume energía, lo que puede reducir la eficiencia del sistema.
  • Costo: Los reactores de derivación también pueden ser costosos de instalar y mantener. Esto se debe a que requieren un diseño y fabricación especializados, así como a la necesidad de realizar pruebas y mantenimiento periódicos.
  • Limitaciones de capacidad: Los reactores de derivación tienen limitaciones de capacidad y no se pueden utilizar en todas las situaciones. En particular, no son adecuados para líneas de transmisión de alta tensión o para sistemas de potencia que requieren una gran cantidad de corriente.

Sin embargo, también tienen algunas desventajas, como la pérdida de energía, el costo y las limitaciones de capacidad. Por lo tanto, es importante considerar cuidadosamente las ventajas y desventajas de los reactores de derivación antes de decidir si son adecuados para su sistema de potencia específico.

Análisis y cálculo de los parámetros del reactor

El análisis y cálculo de los parámetros del reactor es un proceso esencial para su correcto funcionamiento. A continuación, se explicará de forma detallada cómo se lleva a cabo este proceso:

1. Cálculo de la reactancia

La reactancia es la oposición que presenta el reactor al paso de la corriente eléctrica. Se mide en ohmios y se calcula mediante la siguiente fórmula:

XL = 2πfL

Donde XL es la reactancia inductiva, f es la frecuencia de la corriente y L es la inductancia del reactor.

2. Cálculo de la corriente nominal

La corriente nominal es la corriente máxima que puede soportar el reactor sin sufrir daños. Se calcula mediante la siguiente fórmula:

In = Vn / XL

Donde In es la corriente nominal, Vn es la tensión nominal y XL es la reactancia inductiva.

3. Cálculo de la potencia nominal

La potencia nominal es la potencia máxima que puede disipar el reactor sin sufrir daños. Se calcula mediante la siguiente fórmula:

Pn = In2 R

Donde Pn es la potencia nominal, In es la corriente nominal y R es la resistencia del reactor.

4. Cálculo de la inductancia

La inductancia es la propiedad del reactor que le permite almacenar energía en forma de campo magnético. Se calcula mediante la siguiente fórmula:

L = XL / 2πf

Donde L es la inductancia, XL es la reactancia inductiva y f es la frecuencia de la corriente.

5. Compensación del reactor

La compensación del reactor consiste en ajustar sus parámetros para mejorar el factor de potencia de la instalación eléctrica. Se puede calcular mediante la siguiente fórmula:

C = P / (V12 tan θ)

Donde C es la capacidad del condensador a instalar, P es la potencia de la carga, V1 es la tensión de la red y θ es el ángulo de desfase entre la corriente y la tensión.

6. Ejemplo práctico

Supongamos que tenemos un reactor de 10 ohmios de reactancia inductiva, una tensión nominal de 220 V y una frecuencia de 50 Hz. Aplicando las fórmulas anteriores, podemos calcular que:

  • La corriente nominal es de 22 A (220 V / 10 ohmios).
  • La potencia nominal es de 4840 W (22 A al cuadrado x 10 ohmios).
  • La inductancia es de 0.318 H (10 ohmios / 2π x 50 Hz).

Si queremos compensar este reactor, necesitamos conocer la potencia de la carga y el ángulo de desfase. Supongamos que la carga es de 5000 W y el ángulo de desfase es de 0,8. Aplicando la fórmula de la compensación, podemos calcular que necesitamos instalar un condensador de 1,6 μF.

Análisis y cálculo de los parámetros del reactor

El análisis y cálculo de los parámetros del reactor es un proceso esencial para su correcto funcionamiento. A continuación, se explicará de forma detallada cómo se lleva a cabo este proceso:

1. Cálculo de la reactancia

La reactancia es la oposición que presenta el reactor al paso de la corriente eléctrica. Se mide en ohmios y se calcula mediante la siguiente fórmula:

XL = 2πfL

Donde XL es la reactancia inductiva, f es la frecuencia de la corriente y L es la inductancia del reactor.

2. Cálculo de la corriente nominal

La corriente nominal es la corriente máxima que puede soportar el reactor sin sufrir daños. Se calcula mediante la siguiente fórmula:

In = Vn / XL

Donde In es la corriente nominal, Vn es la tensión nominal y XL es la reactancia inductiva.

3. Cálculo de la potencia nominal

La potencia nominal es la potencia máxima que puede disipar el reactor sin sufrir daños. Se calcula mediante la siguiente fórmula:

Pn = In2 R

Donde Pn es la potencia nominal, In es la corriente nominal y R es la resistencia del reactor.

4. Cálculo de la inductancia

La inductancia es la propiedad del reactor que le permite almacenar energía en forma de campo magnético. Se calcula mediante la siguiente fórmula:

L = XL / 2πf

Donde L es la inductancia, XL es la reactancia inductiva y f es la frecuencia de la corriente.

5. Compensación del reactor

La compensación del reactor consiste en ajustar sus parámetros para mejorar el factor de potencia de la instalación eléctrica. Se puede calcular mediante la siguiente fórmula:

C = P / (V12 tan θ)

Donde C es la capacidad del condensador a instalar, P es la potencia de la carga, V1 es la tensión de la red y θ es el ángulo de desfase entre la corriente y la tensión.

6. Ejemplo práctico

Supongamos que tenemos un reactor de 10 ohmios de reactancia inductiva, una tensión nominal de 220 V y una frecuencia de 50 Hz. Aplicando las fórmulas anteriores, podemos calcular que:

  • La corriente nominal es de 22 A (220 V / 10 ohmios).
  • La potencia nominal es de 4840 W (22 A al cuadrado x 10 ohmios).
  • La inductancia es de 0.318 H (10 ohmios / 2π x 50 Hz).
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Si queremos compensar este reactor, necesitamos conocer la potencia de la carga y el ángulo de desfase. Supongamos que la carga es de 5000 W y el ángulo de desfase es de 0,8. Aplicando la fórmula de la compensación, podemos calcular que necesitamos instalar un condensador de 1,6 μF.

Efectos de la compensación del reactor de derivación

El reactor de derivación es un componente importante en los sistemas eléctricos de potencia, ya que se encarga de controlar la corriente y la tensión en los circuitos. La compensación del reactor de derivación tiene varios efectos en el sistema eléctrico, que se explican a continuación:

Mejora la estabilidad de la tensión

Uno de los principales efectos de la compensación del reactor de derivación es que mejora la estabilidad de la tensión en el sistema eléctrico. Esto se debe a que el reactor de derivación ayuda a compensar las fluctuaciones de voltaje que se producen en los circuitos, lo que evita que la tensión se desvíe demasiado de su valor nominal.

Reduce la distorsión armónica

Otro efecto importante de la compensación del reactor de derivación es que reduce la distorsión armónica en los circuitos. La distorsión armónica se produce cuando hay armónicos de frecuencia en la señal eléctrica, lo que puede afectar negativamente a otros componentes del sistema eléctrico. El reactor de derivación ayuda a reducir esta distorsión armónica, lo que mejora la calidad de la señal eléctrica.

Mejora la eficiencia energética

La compensación del reactor de derivación también puede mejorar la eficiencia energética del sistema eléctrico. Esto se debe a que el reactor de derivación ayuda a controlar la corriente en los circuitos, lo que reduce las pérdidas de energía en los cables y otros componentes del sistema eléctrico.

Reduce las sobrecargas en los transformadores

Por último, la compensación del reactor de derivación también puede reducir las sobrecargas en los transformadores del sistema eléctrico. Esto se debe a que el reactor de derivación ayuda a controlar la corriente en los circuitos, lo que evita que haya picos de corriente que puedan dañar los transformadores.

Por lo tanto, es importante tener en cuenta estos efectos al diseñar y operar sistemas eléctricos de potencia.

Evaluación de los costos de implementación del reactor

La evaluación de los costos de implementación del reactor es un paso crucial en el proceso de implementación de un reactor de derivación. Para llevar a cabo esta evaluación, se deben tener en cuenta varios factores, tales como:

1. Costo del reactor

El costo del reactor es uno de los principales factores a considerar en la evaluación de los costos de implementación. Este costo puede variar significativamente dependiendo del tamaño, la capacidad y la complejidad del reactor en cuestión. Por lo tanto, es importante realizar un análisis detallado del costo del reactor y compararlo con los presupuestos disponibles para determinar si es factible su implementación.

2. Costo de instalación

Además del costo del reactor en sí, también es importante considerar el costo de instalación. Esto incluye el costo de la mano de obra, los materiales necesarios para la instalación y cualquier otra herramienta o equipo necesario. El costo de instalación puede variar significativamente dependiendo del tipo de reactor y la complejidad de la instalación.

3. Costo de mantenimiento

Una vez que el reactor ha sido instalado, es importante considerar el costo de mantenimiento a largo plazo. Esto incluye el costo de las inspecciones regulares, las reparaciones necesarias y cualquier otra tarea de mantenimiento. El costo de mantenimiento puede variar significativamente dependiendo del tamaño y la complejidad del reactor, así como de la frecuencia de las inspecciones y las reparaciones necesarias.

4. Costo de operación

Además del costo de instalación y mantenimiento, también es importante considerar el costo de operación del reactor. Esto incluye el costo de la energía necesaria para hacer funcionar el reactor, así como cualquier otro costo asociado con la operación del reactor. El costo de operación puede variar significativamente dependiendo del tamaño y la complejidad del reactor, así como del tipo de combustible utilizado.

5. Costo de compensación

Finalmente, también es importante considerar el costo de compensación. Esto se refiere a cualquier costo asociado con la compensación de los trabajadores o cualquier otro grupo afectado por la implementación del reactor. Esto puede incluir el costo de la reubicación de los trabajadores, la compensación por cualquier daño causado por la implementación del reactor y cualquier otro costo asociado con la compensación. El costo de compensación puede variar significativamente dependiendo del tamaño y la complejidad del reactor, así como del número de trabajadores y otros grupos afectados.

Al considerar cuidadosamente los costos del reactor, la instalación, el mantenimiento, la operación y la compensación, se puede determinar si la implementación del reactor es factible y rentable en términos económicos.

En conclusión, el reactor de derivación es un dispositivo esencial en las redes eléctricas de alta tensión, ya que permite limitar la corriente en los circuitos y reducir la pérdida de energía. Su cálculo y compensación son fundamentales para garantizar un funcionamiento óptimo del sistema y prevenir posibles daños en los equipos. Además, su diseño y elección adecuados pueden contribuir a mejorar la calidad de la energía eléctrica y reducir los costos de operación. Por lo tanto, es importante que los ingenieros y técnicos encargados de la planificación y mantenimiento de las redes eléctricas tengan una buena comprensión de la función, el cálculo y la compensación del reactor de derivación.

En conclusión, la función del reactor de derivación es la de reducir la corriente de cortocircuito y mejorar la estabilidad del sistema eléctrico. El cálculo del reactor dependerá de la impedancia del sistema y la corriente que circula por él. Además, la compensación del reactor puede ser necesaria para reducir el efecto de la capacitancia del sistema y mejorar la calidad de la energía eléctrica. En definitiva, el reactor de derivación es una herramienta fundamental en la protección del sistema eléctrico y su correcto diseño y mantenimiento es clave para garantizar su eficacia.

JORGE CABRERA BERRÍOS Administrator
Ingeniero Electrónico por la UNI, con maestría y doctorado por la University of Electro-Communications (Japón).

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