CORRECCIÓN DE POTENCIA REACTIVA

Instalaciones Industriales

Capacitores: generan energía reactiva de sentido inverso a la consumida en la instalación neutralizan el efecto de las pérdidas por campos magnéticos.

Reducen el consumo total de energía (activa + reactiva)

NATURALEZA DE LA ENERGÍA REACTIVA

Todas las máquinas eléctricas alimentadas en corriente alterna utilizan dos tipos de energía: Energía ACTIVA [ kW] : transformada íntegramente en trabajo o en calor. Energía REACTIVA[KVAr]: está asociada a los campos magnéticos internos de los motores y transformadores. provoca sobrecarga sin producir un trabajo útil neutralizarla o compensarla.

S (kVA)

P (kW)

Q (kVAr)

S = Potencia aparente P = Potencia activa Q = Potencia reactiva

LOS CONSUMIDORES DE ENERGÍA REACTIVA

Los transformadores, en proporciones del 5 al 10% de Q En relación a P.

Otros elementos, como las reactancias de las lámparas fluorescentes, o los convertidores estáticos (rectificadores).

Los motores asíncronos: en proporciones del 65 al 75% de Q a P.

EL FACTOR DE POTENCIA

P = potencia activa (W)

S = potencia aparente (VA)

F = factor de potencia (cos .)

El factor de potencia de una instalación es el cociente de la potencia activa P (W) consumida por la instalación, en relación a la potencia aparente S (VA) suministrada para esta potencia activa.

Un factor de potencia próximo a 1 indica que la potencia absorbida de la red se transforma prácticamente en trabajo y pérdidas por calentamiento, optimizando el consumo.

REPRESENTACIÓN GRÁFICA

P (KW)

Q (KVA)

S (KVA)

A partir de potencias A partir de intensidades

Ir

It

It = corriente total que circula por los conductores.

Ia = corriente activa.

Ir = corriente reactiva necesaria para la

excitación magnética de los receptores.

Ejemplo: La reducción de pérdidas en un transformador de 630 kVA Pcu = 6500 W

al pasar de cos inicial = 0,7 a un cos final = 0,98 será:

Instalaciones Industriales 2006

VENTAJAS DE LA COMPENSACIÓN

Reducción de los recargos

Reducción de las caídas de tensión

Reducción de la sección de los conductores

Reducción de la sección resultante de una mejora del cos transportando la

misma potencia activa.

Aumento de la potencia disponible en la instalación sin ampliar equipos

Disminución de las pérdidas por efecto Joule

cos Factor reducción

1 40%

0,8 50%

0,6 67%

0,4 100%

Pcu final = cos2 inicial

Pcu inicial cos2 final

6500 x (1-(0,7/0,98)2)= 3184 W

¿CÓMO COMPENSAR UNA INSTALACIÓN?

Mejorar el factor de potencia de una instalación consiste en instalar un condensador al lado del consumidor de energía reactiva.

La instalación de una batería de condensadores de potencia Qc

disminuye la cantidad de energía reactiva suministrada por la red.

EJEMPLO: INSTALACIÓN SIN CONDENSADOR

Característica de la instalación: 500 kW, cos = 0,75

El transformador está sobrecargado

La potencia en kVA es superior a las necesidades en kW

kVA = kW + kVAr cos = 0,75

El interruptor automático y los cables son elegidos para una corriente total de 963 A.

Las pérdidas en los cables en función del cuadrado de la corriente: (963)2 , P= R.I2

Los kVAr en exceso son facturados.

La energía reactiva está suministrada por el transformador y es transportada por la instalación. El interruptor automático y la instalación están sobredimensionados.

cos Factor reducción

1 100%

0,8 90%

0,6 80%

0,4 60%

S = P = 500 = 666 kVA cos 0,75

I = P = 960 A

U √3 cos

Aumento de la potencia que puede

suministrar un transformador

corrigiendo a cos = 1.

Característica de la instalación: 500 kW, cos = 0,928 Queda disponible un 12 % más de potencia

El interruptor automático y los cables son elegidos para corriente de 779 A.

Las pérdidas en los cables son función del cuadrado de la corriente:

(779)2 , P= R.I2 El consumo se acota a los kVA deseados Quedan suprimidas las penalizaciones Contrato de potencia acorde con la demanda real kW KVA = kW + kVAr cos = 0,928 La energía reactiva es suministrada mediante batería de

condensadores Potencia de la batería: 240 kVAr Tipo: Rectimat con 4 escalones de 60 kVAr y regulación

automática en función de la carga.

S = P = 500 = 539 kVA cos 0,928

I = P = 779 A

U √3 cos

Ejemplo: Instalación con condensador

CÁLCULO DE LA POTENCIA REACTIVA

De batería y condensadores

Por tabla Es necesario conocer:

La potencia activa consumida en kW El cos inicial El cos deseado

A partir de la potencia en kW y del cos de la instalación

La tabla nos da, en función del cos y de la instalación antes y después de la compensación, un coeficiente a multiplicar por la potencia activa para encontrar la potencia de la batería de condensadores a instalar

Ejemplo: Se desea calcular la potencia de la batería de condensadores necesaria para compensar el factor de potencia de una instalación que consume una potencia activa P=500kW desde un cos inicial = 0,75 hasta un cos final = 0,95 Consultando la tabla obtenemos un coeficiente c = 0,553 Entonces la potencia de la batería será Q = P x C = 500 x 0,553 = 277 kVAr

cos deseado 0,95

cos

inicial

0,75 0,533 [ kVAR

] kW

Instalaciones Industriales 2006

CÁLCULO DE LA POTENCIA REACTIVA

A partir de la potencia en kW y del cos ϕ de la instalación Ejemplo: cálculo de la potencia en kW de la instalación 500 kW Cosϕ existente en la instalación: cosϕ = 0,75 o sea tgϕ = 0,88 Cosϕ deseado: cosϕ = 0,93 o sea tϕ = 0,40 Qc = 500 x 0,487 = 240 kVAr (cualquiera que sea el valor nominal de la tensión de la instalación).

Cálculo de la potencia reactiva

Método simplificado

Consiste en considerar que el cos de una instalación es en promedio de 0.8 sin compensación. Se considea que hay que subirlo a 0.93 por lo tanto, del cuadro anterior Es necesario proporcionar 0.335 KVAR por KW de carga.

Q(KVAR) = 0.355 P(KW) Valor aproximado

Método basado en el cálculo de potencias

Datos conocidos:

Potencia activa (kW), cos inicial, cos deseado.

Q(KVAR) = Potencia activa (KW) x (tg inicial- tg deseada)

RECIBO DE LA COMPAÑÍA ELÉCTRICA

El cálculo de potencia a través del recibo es solamente un método aproximado pero muy práctico para el cálculo de baterías. Generalmente proporciona resultados aceptables, pero en el caso que existan regímenes de funcionamiento muy dispares o no se conozcan las horas de funcionamiento, los resultados pueden ser insatisfactorios

EDEARG S.A. INDUSTRIA XXXXXXX

Fechas medición: 27-06-06 / 27-07-06

Potencia contratada Consumo Unid. Pr. Unit. Total

Punta 111.0 kW 7.99000 886.89

Fuera de punta 203.00 kW 5.02000 1019.06

Energía Consumida

Resto 41350.00 kWh 91571.30

Valle 2530.00 kWh 0.03800 3.61

Punta 3850.00 kWh 0.03700 196.35

Reactiva 64000.00 kWh 0.05100 2012.61

Subtotal 5779.82

Impuestos 3396.60

TOTAL 9176.41

Energía activa total EA= E Resto + E Valle + E Punta EA= 47730 kW hora

Energía reactiva ER= 64000 kVAr hora

Calculamos Tg tg = 64000 = 1,33

47730 Calculamos el valor de E reactiva necesario:

Q= EA (tg actual - tg

T deseado) donde T= cantidad de horas de trabajo en el período de medición.

En este caso, las horas trabajadas son 18 por día los días de semana: T= 18hs x 22días T= 396 horas Para obtener la tan a partir del cos utilizamos la tabla:

Q = 47730 (1,33 - 0,33) Q= 121 kVAr Necesitaremos instalar 120 kVAr. 396

cos tan

0,6 1,33

0,95 0,33

Debemos, a continuación, determinar el tipo de compensación (global, parcial, individual o mixta), y el modo de realizarla (compensación fija o automática).

Recibo de la compañía eléctrica

¿CON QUÉ COMPENSAR? CONDENSADORES FIJOS

Potencia unitaria fija y constante.

Instalación:

Manual: mando por interruptor automático.

Semiautomático: mando por medio de contactor.

Directo: conectado a los bornes de un receptor.

Utilizados en:

En bornes de una carga de tipo inductiva (motores, transformadores, reactancias...).

Sobre un embarrado que alimenta diversas cargas inductivas y en el que una compensación individual sería demasiado costosa.

Es recomendable en aquellas instalaciones en las que la potencia reactiva a compensar no supere el 15% de la potencia nominal del transformador (Sn).

Permiten la adaptación automática de la potencia

reactiva suministrada por los condensadores, en función de la potencia reactiva solicitada en cada momento para ajustar el sistema a un factor de potencia prefijado.

Utilizados cuando:

La potencia reactiva consumida o la actiava varían en proporciones importantes.

Ej: Barras de tableros generales.

Salidas importantes.

Es recomendable en las instalaciones donde la potencia reactiva a compensar supere el 15% de la potencia nominal del transfomador (Sn).

¿Con qué compensar? Baterías de condensadores

Elección entre condensadores fijos o baterías de regulación automática

Regla general:

Si la potencia de los condensadores (KVAR) < al 15% Potencia del transformador Condensadores fijos

Si la potencia de los condensadores (KVAR) > al 15% Potencia del transformador Batería de condensadores con regulación automática

¿CÓMO COMPENSAR?

La compensación puede ser:

Global.

Por sectores.

Individual.

COMPENSACIÓN GLOBAL

Nº1En las salidas BT (TGBT)

Ventajas • Suprime las penalizaciones por un consumo excesivo de energía reactiva. • Ajusta la necesidad real de la instalación kW al contrato de la potencia aparente (S en kWA). • Descarga el centro de transformación (potencia disponible en kW).

•Disminuye la potencia aparente acercándola a la potencia activa.

•Optimiza el rendimiento del transformador de suministro.

Observaciones La corriente reactiva (Ir) circula por toda la instalación. Las pérdidas por efecto de Joule en cables no quedan disminuídas (kWh).

La batería es conectada en la cabecera de la instalación.

Si la carga es estable y continua.

COMPENSACIÓN PARCIAL

Nº2 A la entrada de cada taller

Ventajas • Suprime las penalizaciones por un consumo excesivo de energía reactiva. • Optimiza una parte de la instalación, la corriente reactiva no se transporta entre los niveles 1 y 2 Descarga el centro de transformación (potencia disponible en kW).

Observaciones La corriente reactiva (Ir) está presente en la instalación desde el nivel 2 hasta los receptores. Las pérdidas por calentamiento (Joule) se mantienen a partir del nivel 2 y no

permite una reducción del dimensionamiento de la instalación

Cuando la distribución de cargas es muy desequilibrada y de un cuadro de distribución depende una carga importante.

Instalaciones amplias con talleres cuyos regímnes de carga son distintos.

COMPENSACIÓN INDIVIDUAL

Nº3 En los bornes de cada receptor de tipo inductivo

Ventajas Suprime las penalizaciones por un consumo excesivo de energía reactiva. Optimiza toda la instalación eléctrica. La corriente reactiva Ir se abastece en el mismo lugar de consumo. Descarga el centro de transformación (potencia disponible en kW).

Observaciones La corriente reactiva no está presente en los cables de la instalación. Las pérdidas por efecto Joule en los cables se suprimen totalmente (kWh).

COMPENSACIÓN EN LOS BORNES DE UN TRANSFORMADOR

La potencia activa disponible en el secundario de un transformador es mayor a medida que el factor de potencia se acerque al máximo cos .

En algunos casos, corregir el factor de potencia, evita el cambio de tranformadores.

Compensación para aumentar la potencia disponible

Compensación de la energía reactiva absorbida por el transformador.

Transformadores Requieren energía reactiva para su funcionamiento.

Conectado por largos períodos de tiempo Impacto

Económico

Compensación por condensadores

fijos en los bornes

COMPENSACIÓN A LOS BORNES DE UN MOTOR ASÍNCRONO

La compensación individual se ha de considerar, sobre todo, cuando la potencia del motor es importante en relación a la potencia total de la instalación.

Conexión

La batería se puede conectar a los bornes del motor.

Arranque

la batería de condensadores no debe ser puesta en servicio hasta que termine el proceso de arranque.

Disminuye la intensidad después de la compensación en la relación:

CÓMO EVITAR LA AUTOEXCITACIÓN DE LOS MOTORES ASÍNCRONOS

Si un motor arrastra una carga con gran inercia (volante), puede suceder que después de un corte de la alimentación siga girando por la fuerza de la energía cinética y utilice la energía de la batería de condensadores para autoexcitarse y trabajar como un generador asíncrono.

Para evitar este fenómeno, debemos asegurarnos que la potencia de la batería de condensadores es inferior a la autoexcitación propia del motor, aasegurándonos que:

Qc: Potencia de la batería de capacitores. (de tablas entrando con la potencia del motor y RPM

Io: corriente en vacio del motor

DIMENSIONADO DE UNA BATERÍA DE CONDENSADORES EN PRESENCIA DE ARMÓNICOS

Las cargas no lineales tienden a crear armónicos

Los condensadores, en particular, son muy sensibles a los armónicos por el hecho de que su impedancia decrece en función de la frecuencia del armónico, facilitando puntos de perforación.

Convertidores

Los equipos con reactancias saturadas

Equipos de soldadura

Hornos de arco

Si: Conexión a la red del condensador está próxima a un generador de armónicos, puede producirse una oscilación que entre en resonancia, amplificando así la oscilación.

Corriente resultante calienta excesivamente al condensador y puede producir perforaciones en el mismo.

Circuitos de electrónica de potencia

Variadores de velocidad

Rectificadores estáticos