ES2638899T3 - Procedimiento y distribución para el suministro de energía eléctrica desde una central eólica a una red de tensión alterna - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para el suministro de energía eléctrica de una central eólica (2,3) a través de un tramo de transmisión de energía (8, 9) a una red de tensión alterna (11) por un punto de acoplamiento común (10) del tramo de transmisión de energía (8, 9) y la red de tensión alterna (11), en el que * la tensión (Uk) se detecta en el punto de acoplamiento (10) y se suministra a un regulador selector de tomas (16, 17), * la tensión (Us) a la salida de la central eólica (2, 3) se detecta y se suministra al regulador selector de tomas (16, 17) y * en función del nivel de las tensiones detectadas (Uk, Us) por el regulador selector de tomas (16, 17), en un transformador de alimentación (14, 15) dispuesto en el tramo de transmisión de energía (8, 9) y provisto de tomas, las tomas son ocupadas de tal forma que a la salida de la central eólica (2, 3) aparezca una tensión (Us), que conduzca a una tensión predeterminada (Uk) en el punto de acoplamiento común (10), en donde * la tensión (Uk) detectada en el punto de acoplamiento (10) se controla respecto a en cual de varios rangos de tensión predeterminados (Ukmin1-Ukmax1, Ukmin2-Ukmax2, Ukmin3-Ukmax3) se encuentra, y * conforme al resultado de este control por medio de un selector de área (34, 38, 41) de varios selectores de área (34, 38, 41), asociados a cada rango de tensión (Ukmin1-Ukmax1, Ukmin2-Ukmax2, Ukmin3-Ukmax3) de la tensión en el punto de acoplamiento (10), para la tensión de salida (Us) en la central eólica (2, 3) el regulador selector de tomas (14, 15) se carga de forma que la tensión (Uk) a la salida de la central eólica (2, 3) se halle en el rango de tensión (Ukmin1-Ukmax1, Ukmin2-Ukmax2, Ukmin3-Ukmax3) del respectivo selector de área (34, 38, 41).
Description
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DESCRIPCION
Procedimiento y distribucion para el suministro de energla electrica desde una central eolica a una red de tension alterna.
Procedimiento y distri bucion para el suministro de energla electrica desde una central eolica a una red de tension alterna. Se sabe obtener energla electrica por medio de una central eolica y suministrar esta energla a traves de un tramo de transmision de energla a una red electrica de tension alterna. Ademas, la central eolica puede tratarse de un unico aerogenerador o de varios aerogeneradores, que forman entonces un llamado parque eolico. La transferencia de energla a la red de tension alterna se lleva a cabo por un punto de acoplamiento comun, designado tambien como PCC (point of common coupling). Una distri bucion tal se trata en la DE102008048258. Este documento muestra, en el sentido del texto de la reivindicacion 1, un procedimiento para el suministro de energla electrica desde una central eolica a traves de un tramo de transmision de energla a una red de tension alterna por un punto de acoplamiento comun del tramo de transmision de energla y la red de tension alterna, en el que - se detecta la tension a la salida de la central eolica y se alimenta al regulador selector de tomas y - en funcion del nivel de la tension detectada por el regulador selector de tomas, en un transformador de alimentacion dispuesto en el tramo de transmision de energla y provisto de tomas, las tomas son ocupadas de tal forma, que a la salida de la central eolica aparezca una tension, que conduzca a una tension predefinida en el punto de acoplamiento comun.
En lo que respecta al suministro de energla electrica en un punto de acoplamiento, el respectivo gestor de la red de tension alterna establece requisitos respecto a la calidad de la energla electrica suministrada, que se han de cumplir por parte de la central eolica. Entre ellos se incluyen, entre otros, que desde la central eolica se tiene que abastecer el punto de acoplamiento de potencia reactiva. Estos requisitos se han cumplido hasta ahora por medio de instalaciones de compensation de la potencia reactiva, que presentan inductividades y capacidades conectables y son muy costosas. La invention se basa en el objeto de especificar un procedimiento para el suministro de energla electrica desde una central eolica a traves de un tramo de transmision de energla a una red de tension alterna por un punto de acoplamiento comun, con el que en el suministro de energla electrica con comparativamente menor coste pueda proporcionarse la potencia reactiva respectivamente demandada en el punto de acoplamiento. La presente invencion resuelve el objeto mediante un procedimiento y una distribution correspondientes a las reivindicaciones independientes. Otras configuraciones conformes a la invencion se revelan mediante las reivindicaciones dependientes.
La solution de este objeto se aprecia en un procedimiento para el suministro electrico desde una central eolica a traves de un tramo de transmision de energla a una red de tension alterna por un punto de acoplamiento comun del tramo de transmision de energla y la red de tension alterna, en el que se detecta la tension en el punto de acoplamiento y se alimenta a un regulador selector de tomas; aparte de esto se detecta la tension a la salida de la central eolica y se alimenta al regulador selector de tomas; en funcion del nivel de las tensiones detectadas el regulador selector de tomas en un transformador de alimentacion dispuesto en el tramo de transmision de energla y provisto de tomas ocupa las tomas de tal manera que a la salida de la central eolica aparezca una tension, que conduzca a una tension predefinida en el punto de acoplamiento comun.
La ventaja fundamental del procedimiento consiste en que - en funcion de las demandas de potencia reactiva - se las apana sin una instalacion de compensacion de la potencia reactiva o con una relativamente pequena y con ello poco costosa. El procesamiento de la tension detectada en el punto de acoplamiento en el regulador selector de tomas puede realizarse en el procedimiento de diferentes formas. Se estima como especialmente favorable para la obtencion de una regulation estable, que la tension detectada en el punto de acoplamiento se controle partiendo de en cual de varios rangos de tension predefinidos se encuentra, y segun el resultado de este control por medio de un selector de area de varios selectores de area asignados a cada rango de tension de la tension en el punto de acoplamiento para la tension de salida en la central eolica se estimule un regulador selector de tomas de tal forma que la tension a la salida de la central eolica se halle en el rango de tension del respectivo selector de area. Se estima especialmente ventajoso que se usen selectores de area con rangos de tension, mutuamente adyacentes todos dentro de una curva caracterlstica que describe la dependencia de la tension a la salida de la central eolica de su potencia reactiva. Esta curva caracterlstica la predefine el respectivo gestor de la red de tension alterna individualmente para cada punto de acoplamiento; mediante la selection antes indicada de los selectores de area es posible un facil ajuste a las diferentes circunstancias. Mas favorablemente se utilizan tres selectores de area, porque este numero parece suficiente para la mayorla de casos de aplicacion. La invencion se basa ademas en el objeto de proponer una distribucion para el suministro de energla electrica desde una central eolica a traves de un tramo de transmision de energla a una red de tension alterna por un punto de acoplamiento comun, con la que pueda generarse con relativamente bajo coste la potencia reactiva a proporcionar respectivamente en el punto de acoplamiento.
Para resolver este objeto sirve una distribucion para el suministro de energla electrica desde una central eolica a traves de un tramo de transmision de energla a una red de tension alterna por un punto de acoplamiento comun del tramo de transmision de energla y la red de tension alterna, en el que una entrada de tension de un regulador selector de tomas esta conectada a traves de un dispositivo detector de tension con el punto de acoplamiento comun
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y otra entrada de tension del regulador selector de tomas se conecta a traves de otro dispositivo detector de tension a la salida de la central eolica; una salida del regulador selector de tomas esta conectado con un transformador de alimentacion dispuesto en el tramo de transmision de energla y provisto de tomas, cuyas tomas, en funcion del nivel de las tensiones detectadas por el regulador selector de tomas, son ocupadas de tal forma que a la salida de la central eolica aparezca una tension, que conduzca a una tension predefinida en el punto de acoplamiento comun. Una distribucion tal se caracteriza especialmente porque se apana sin una instalacion de compensacion de la potencia reactiva o solo precisa una pequena, porque solo mediante medidas de regulacion puede generarse la potencia reactiva respectivamente demandada.
En una ordenacion favorable, el regulador selector de tomas muestra en la distribucion modulos de seleccion conectados al un dispositivo detector de tension, que controlan la tension detectada en el punto de acoplamiento partiendo de en cual de varios rangos de tension predefinidos se encuentra; aguas abajo de los modulos de seleccion se disponen selectores de area para la tension de salida en la central eolica, y aguas abajo de los selectores de area se dispone un regulador selector de tomas, que segun el resultado del control en los modulos de seleccion se estimula a traves de los selectores de area de forma que la tension a la salida del aerogenerador se encuentre en el rango de tension del respectivo selector de area.
En la distribucion, los selectores de area cubren rangos de tension, todos mutuamente adyacentes dentro de una curva caracterlstica que describe la dependencia de la tension a la salida de la central eolica de su potencia reactiva, con lo que - como se ha citado ya antes en relacion con la explicacion del procedimiento - se posibilita un facil ajuste a diversas especificaciones del gestor de las redes de tension alterna.
Ventajosamente hay en la distribucion tres selectores de area. Para la aclaracion adicional de la invencion se representan en la
Fig. 1 un ejemplo de ejecucion de la distribucion conforme a la invencion con un regulador selector de tomas, en la
Fig. 2 un diagrama de bloques del regulador selector de tomas conforme a la Fig. 1, en la
Fig. 3 una curva caracterlstica ejemplar para la demanda de potencia reactiva en un punto de acoplamiento y en la
Fig. 4 curvas caracterlsticas de dos aerogeneradores.
La distribucion de suministro de energla electrica 1 representada en la Figura 1 presenta una primera central eolica 2 con un gran numero de aerogeneradores 3 y otra central eolica 4 con otros aerogeneradores 5; las instalaciones eolicas 2 y 4 forman por consiguiente un parque eolico, cuyos aerogeneradores 3 o 5 individuales hace rotar el viento, donde se produce una corriente electrica. Un parque eolico tal se dispone a menudo en el mar, porque all! el viento sopla frecuentemente y de manera relativamente uniforme. Cada una de ambas centrales eolicas 2 o 4 esta conectada a una barra colectora 6 o 7, que se encuentra respectivamente a una tension Us de por ejemplo 33kV. Ambas barras colectoras 6 o 7 estan conectadas a traves de respectivamente un tramo de transmision de energla 8 o 9 con un punto de acoplamiento comun 10 con una red de suministro electrico 11, representada solo esquematicamente, en tierra. Cada uno de ambos tramos de transmision de energla 8 o 9 tiene un cable submarino 12 o 13, al que se conecta un transformador de alimentacion 14 o 15, situado generalmente en tierra.
Tal y como muestra ademas la Figura 1, a cada uno de los transformadores de alimentacion 14 o 15 se le asigna un regulador selector de tomas 16 o 17. Cada uno de ambos reguladores selectores de tomas 16 o 17 esta conectado con su una entrada 18 o 19 a traves de un dispositivo detector de tension 20 o 21 de cualquier construccion con el punto de acoplamiento comun 10, que se encuentra a una tension Uk de por ejemplo 155 kV; respectivamente otra entrada 22 o 23 del regulador selector de tomas 16 o 17 esta conectado a traves de respectivamente otro dispositivo detector de tension 24 o 25 de cualquier construccion con las barras colectoras 6 o 7. Cada uno de los reguladores selectores de tomas 16 o 17 esta conectado con su salida 26 o 27 con un dispositivo de ajuste no representado a fondo para las tomas del respectivo transformador de alimentacion 14 o 15.
De la Figura 1 se desprende asimismo que una barra colectora 6 esta conectada a traves de una llnea tambien con el transformador de alimentacion 15 y la otra barra colectora 7 esta tambien conectada a traves de otra llnea con el transformador de alimentacion 15.
En la Figura 2 se muestra la construccion de un regulador selector de tomas 30 en forma de diagrama de bloques; cada uno de ambos reguladores selectores 16 o 17 segun la Figura 1 puede estar ejecutado tal y como se muestra en la Figura 2 y se describe a continuacion mas a fondo.
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Tal y como muestra la Figura 2 detalladamente, el regulador selector de tomas 30 esta conectado a traves de un dispositivo detector de tension 31 por ejemplo conforme al dispositivo detector de tension 20 o 21 conforme a la Figura 1 con el punto de acoplamiento comun 10, representado aqul a diferencia de la Figura 1 solo esquematicamente.
En el dispositivo detector de tension 31 no solo se mide la tension en el punto de acoplamiento comun 10, sino que tambien se lleva a cabo una digitalizacion de los valores detectados, que de esta forma se alimentan a un primer modulo de seleccion 32 del regulador selector de tomas 30. Este primer modulo de selection 32 produce en su salida 33 una senal de si S1j, cuando la tension Uk en el punto de acoplamiento comun 10 sea ejemplarmente mayor que 1,05, donde en este contexto se usa una tension normalizada, referida a la tension nominal. Se formara, por consiguiente, la senal S1j, cuando la tension Uk en el punto de acoplamiento comun 10 sea mayor que 1,05. En este caso se activara un selector de area 34 posterior, con el que se predetermina un determinado rango de la tension Us en la barra colectora 6 o 7 (comp. Figura 1). El rango se define mediante la tension Ukmin y Ukmax1, donde tanto Ukmax como tambien Ukmin1 son valores relativamente altos. A la salida 35 del selector de area 34 aparece por consiguiente una senal, cuando la tension Uk en el punto de acoplamiento comun 10 cumpla la condition citada inicialmente, o sea, sea relativamente grande.
Si en el modulo de seleccion 32 se indica que la tension Uk en el punto de acoplamiento comun 10 no es suficiente para las condiciones definidas en el modulo de seleccion 32, entonces se forma una senal S1n y en otro modulo de seleccion 36 posterior se analiza si la tension normalizada es mayor que 1 ejemplarmente, pero menor que 1,05. Si este fuera el caso, entonces se producirla en una salida 37 del otro modulo de seleccion 36 una senal S2j y con ella se estimularla otro selector de area 38 posterior, que cubriera un rango de la tension Uk en la barra colectora 6 o 7 entre los valores Ukmax21 y Ukmin2. En este caso se formarla una senal de salida B1j a la salida 39 del otro selector de area 38.
Si el otro modulo de seleccion 36 constata que no se cumple el rango de tension para el definido de la tension Uk en el punto de acoplamiento comun 10, entonces se produce en su salida 40 una senal S2n, que estimula un selector de area adicional 41; este selector de area adicional 41 se define para un rango de tension de Ukmin3 a Ukmax3 de la tension en la barra colectora 6 o 7. En este caso se emite a la salida 42 del selector de area adicional 41 una senal B3j.
De la Figura 2 se puede deducir ademas que las salidas 35, 39 y 42 de los tres selectores de area 34, 38 y 41 se llevan en conjunto a una entrada 44 de un bloque de toma de decisiones 45, conectado con otra entrada 46 a traves de otro dispositivo detector de tension 47 correspondientemente al otro dispositivo detector de tension 24 conforme a la Figura 1 con la barra colectora 6, representada aqul de nuevo solo esquematicamente. En el bloque de toma de decisiones 45 se controla constantemente, si la tension Us en la barra colectora 6 o 7 se encuentra dentro del rango predeterminado con los selectores de area 34, 38 y 41. Si este no fuera el caso, entonces se producirla una senal de salida, con la que en un ajustador de tomas 48 se modificarla el ajuste de las tomas no mostradas del transformador de alimentation 14 o 17. El resultado es una tension Us en la barra colectora 6, debido a la que los aerogeneradores 3 o 5 se ajustan de forma que en el punto de acoplamiento comun 10 se origine una tension predeterminada, que corresponda a las especificaciones del gestor de la red de tension alterna 11, como se aclara a continuation aun detalladamente.
Si el bloque de decisiones 45 llegara a la conclusion de que la tension Us en la barra colectora 6 se encuentra en el rango de tension seleccionado respectivamente por medio de los selectores de area 34, 38, y 41, entonces se producira a su salida 47 una senal Aj, en relation a la cual se mantendra la tension Uk en el punto de acoplamiento comun 10.
En la Figura 3 se muestra un diagrama, en el que el factor de potencia P se da a traves de la tension Uk en el punto de acoplamiento comun 10. Una curva caracterlstica 50 abarca zonas, que se hallan tanto a la derecha como a la izquierda del factor de potencia 1. Ademas, las zonas situadas a la izquierda del factor de potencia 1 indican el estado, en que los aerogeneradores 3 o 4 (comp. Fig. 1) estan sub-excitados, mientras que las zonas a la derecha del factor de potencia 1 describen los casos, en los que los aerogeneradores 3 o 4 estan sobreexcitados. La curva caracterlstica 50 representa ademas una curva caracterlstica, que representa ejemplarmente una curva caracterlstica predeterminada por un gestor de la red de tension alterna 11. Los aerogeneradores tienen que operarse, por consiguiente, de forma que la tension Uk produzca en el punto de acoplamiento comun 10, en funcion de la potencia reactiva suministrada, un punto de operation, que se encuentre dentro de la curva caracterlstica 50.
Fundamental para la comprension del procedimiento conforme a la invention o del funcionamiento de la distribution conforme a la invencion es la Figura 4, en la que se representan en un diagrama - tension normalizada Ukn en la barra colectora 6 o 7 a traves de la potencia normalizada emitida Qn (la zona a la izquierda del "0" designa el estado sub-excitado y la zona a la derecha del "0", el estado sobreexcitado de los aerogeneradores) - dos curvas caracterlsticas 51 y 52 para dos tipos diferentes de aerogeneradores. Resulta evidente que cada una de ambas curvas caracterlsticas 51 o 52 tiene zonas, en las que la emision de potencia reactiva inductiva o capacitiva esta limitada a traves de la potencia normalizada Qn. Si se considera por ejemplo la curva caracterlstica 51, entonces se
deduce que una emision de potencia reactiva capacitiva es posible esencialmente solo en el rango de tension normalizado por encima de aproximadamente 1,05 y una potencia reactiva capacitiva e inductiva Qn entre los valores de tension normalizada Ukn y 1,05, cuando se tienen en cuenta ambas curvas caracteristicas 51 y 52. Por debajo de la tension normalizada Ukn de 1 puede generarse, considerando ambas curvas caracteristicas 51 y 52, 5 solo potencia reactiva inductiva.
La invencion aprovecha este conocimiento, en el que por medio de los selectores de area 35, 38 y 41 antes descritos (comp. Figura 2) se seleccionan respectivamente los rangos de tension de la tension Us en la barra colectora 6 o 7, que sea necesaria respecto de la puesta a disposition de una calidad prescrita del suministro de energia en el punto de acoplamiento comun 10. Asi muestra la Figura 4 muy claramente, que con tensiones 10 normalizadas Usn mayores de 1,05 en la barra colectora 6 segun la curva caracteristica 51 solo se puede generar potencia reactiva capacitiva. En el rango entre 1 y 1,05 de la tension normalizada Ukn, la dimension de la generation de potencia reactiva capacitiva esta ya reducida, mientras que para valores de la tension normalizada Ukn por debajo de 1 puede generarse potencia reactiva inductiva primaria. A traves de la regulation o ajuste de la tension Uk en las barras colectoras 6 o 7 se puede producir pues respectivamente un estado de excitation de los 15 aerogeneradores, que satisfaga los requisitos de potencia reactiva en el punto de acoplamiento comun 10, sin que para ello tengan que preverse instalaciones de compensacion de la potencia reactiva.
Cuando en casos particulares no baste esta regulacion, entonces tendran que emplearse tambien instalaciones de compensation de la potencia reactiva, pero estas pueden fabricarse mucho menores y, por tanto, con gasto considerablemente menor de lo que seria posible sin empleo de la invencion.
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Claims (6)
- 51015202530354045REIVINDICACIONES1. Procedimiento para el suministro de energla electrica de una central eolica (2,3) a traves de un tramo de transmision de energla (8, 9) a una red de tension alterna (11) por un punto de acoplamiento comun (10) del tramo de transmision de energla (8, 9) y la red de tension alterna (11), en el que• la tension (Uk) se detecta en el punto de acoplamiento (10) y se suministra a un regulador selector de tomas (16, 17),• la tension (Us) a la salida de la central eolica (2, 3) se detecta y se suministra al regulador selector de tomas (16, 17) y• en funcion del nivel de las tensiones detectadas (Uk, Us) por el regulador selector de tomas (16, 17), en un transformador de alimentacion (14, 15) dispuesto en el tramo de transmision de energla (8, 9) y provisto de tomas, las tomas son ocupadas de tal forma que a la salida de la central eolica (2, 3) aparezca una tension (Us), que conduzca a una tension predeterminada (Uk) en el punto de acoplamiento comun (10),en donde• la tension (Uk) detectada en el punto de acoplamiento (10) se controla respecto a en cual de varios rangos de tension predeterminados (Ukmin1-Ukmax1, Ukmin2-Ukmax2, Ukmin3-Ukmax3) se encuentra, y• conforme al resultado de este control por medio de un selector de area (34, 38, 41) de varios selectores de area(34, 38, 41), asociados a cada rango de tension (Ukmin1-Ukmax1, Ukmin2-Ukmax2, Ukmin3-Ukmax3) de la tension en el punto de acoplamiento (10), para la tension de salida (Us) en la central eolica (2, 3) el regulador selector detomas (14, 15) se carga de forma que la tension (Uk) a la salida de la central eolica (2, 3) se halle en el rango detension (Ukmin1-Ukmax1, Ukmin2-Ukmax2, Ukmin3-Ukmax3) del respectivo selector de area (34, 38, 41).
- 2. Procedimiento segun la reivindicacion 1, caracterizada porque• se utilizan selectores de area (34, 38, 41) con rangos de tension (Ukmin1-Ukmax1, Ukmin2-Ukmax2, Ukmin3- Ukmax3), todos mutuamente adyacentes dentro de una curva caracterlstica que describe la dependencia de la tension (Us) a la salida de la central eolica (2, 3) de su potencia reactiva (Qn).
- 3. Procedimiento segun la reivindicacion 1 o 2, caracterizada porque• se emplean tres selectores de area (34, 38, 41).
- 4. Distribucion (1) para el suministro de energla electrica de una central eolica (2, 3) a traves de un tramo de transmision de energla (8, 9) a una red de tension alterna (11) por un punto comun de acoplamiento (10) del tramo de transmision de energla (8, 9) y la red de tension alterna (11), en la que• una entrada de tension (18, 19) de un regulador selector de tomas (16, 17) esta conectado a traves de undispositivo detector de tension (20, 21) con el punto comun de acoplamiento (10),• otra entrada de tension (22, 23) del regulador selector de tomas (16, 17) esta conectada a traves de otro dispositivo detector de tension (22, 23) a la salida (6, 7) de la central eolica (2, 3),• una salida (26, 27) del regulador selector de tomas (16, 17) esta conectada con un transformador de alimentacion (14, 15) dispuesto en el tramo de transmision de energla (8, 9) y provisto de tomas, cuyas tomas son ocupadas en funcion del nivel de las tensiones detectadas (Uk, Us) por el regulador selector de tomas (16, 17) de tal forma que a la salida de la central eolica (2, 3) aparezca una tension (Us), que conduzca a una tension predeterminada (Uk) en el punto de acoplamiento comun (10),• el regulador selector de tomas (16, 17) tiene modulos de seleccion (32, 36) conectados al un dispositivo detector de tension (20, 21), que controlan la tension (Uk) detectada en el punto de acoplamiento (10) respecto a en cual de varios rangos de tension predeterminados (Ukmin1-Ukmax1, Ukmin2-Ukmax2, Ukmin3-Ukmax3) se encuentra, y• selectores de area (34, 38, 41) para la tension de salida (Us) en la central eolica (2, 3) estan dispuestos aguas abajo de los modulos de seleccion (32, 36), y• un ajustador de tomas (48) se dispone aguas abajo de los selectores de area (34, 38, 41), que, conforme al resultado del control en los modulos de seleccion (32, 36), se carga a traves de los selectores de area (34, 38, 41)de forma que la tension (Us) a la salida de la central eolica (2, 3) se halle en el rango de tension (Ukmin1-Ukmax1, Ukmin2-Ukmax2, Ukmin3-Ukmax3) del respectivo selector de area (34, 38, 41).
- 5. Distribucion segun la reivindicacion 4, caracterizada porque• los selectores de area (34, 38, 41) cubren rangos de tension (Ukmin1-Ukmax1, Ukmin2-Ukmax2, Ukmin3-Ukmax3), 5 todos mutuamente adyacentes dentro de una curva caracterlstica que describe la dependencia de la tension (Us) ala salida de la central eolica (2, 3) de su potencia reactiva (Qn).
- 6. Distribucion segun la reivindicacion 4 o 5, caracterizada porque• hay tres selectores de area (34, 38, 41).
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