Corrección del factor de potencia Guiridlian, Clara Gutiérrez, María José Venturino, Paola

Introducción Máquina eléctrica alimentada en CA consume dos tipos de energía: Energía activa: P medida en KW. Se transforma en energía mecánica (trabajo) y calor (pérdidas) Energía Reactiva: Q medida en KVAR. Alimenta los circuitos magnéticos de las máquinas. S (kVA) P (kW) Q (kVAr) S = Potencia aparente P = Potencia activa Q = Potencia reactiva

Factor de potencia Cociente entre P y S Coseno del angulo que forman los fasores de intensidad y voltaje Cos φ = P/S Indica la cantidad de energía eléctrica que se ha convertido en trabajo

Factor de potencia Dependiendo del tipo de carga: Resistiva: I en fase con V Capacitiva: I adelanta a V Inductiva: I retrasada a V

Desventajas del bajo cos φ Para el usuario: Aumento de I Perdida en los conductores Aumento de potencia en plantas y transformadores Reducción de la capacidad de conducción de los cables Aumento de T en cables y consecuente disminución de la vida útil del aislante Aumento en el consumo Penalizaciones Para la compañía: Mayor inversión en equipos de generación Mayores capacidades en líneas de transporte y transformadores Caídas y baja regulación de voltaje (perdida de estabilidad)

Cómo mejorar el cos φ Colocación de condensadores: aportan energía reactiva que se opone a la presente y la compensa. Se colocan en paralelo con la carga

Tipos de compensación Condensadores fijos: tiene una potencia unitaria constante. Su conexión puede ser: Manual: mando por interruptor. Semi automática: mando por contactor. Directa: conectada a los bornes de un receptor Se utilizan: En los bornes de los receptores inductivos (motores y transformadores). En la barra donde estén muchos pequeños motores cuya compensación individual sea costosa. Cuando la fluctuación de carga es poco importante. Conviene cuando la potencia de los condensadores en KVAr < 15% de la potencia del transformador

Tipos de compensación Baterías de condensadores de regulación automática (más frecuente): permite la adaptación automática de la potencia reactiva suministrada por la batería de condensadores en función de un cos φ deseado. Se utilizan: Donde la potencian reactiva consumida y la potencia activa varían en proporciones importantes: En barras de los tableros generales de baja tensión. Para salidas importantes. Conviene cuando la potencia de los condensadores en KVAr > 15% de la potencia del transformador

¿Dónde compensar? La compensación de una instalación puede realizarse de distintas maneras: Compensación individual Compensación por grupo Compensación central

Compensación individual Cada receptor está provisto de su propia batería de condensadores (en los bornes de cada receptor de tipo inductivo), de manera que por las líneas y circuitos de alimentación del receptor circula una intensidad menor. Los costos de instalación y mantenimiento son normalmente los más elevados. Ventajas: Elimina las penalizaciones por consumo excesivo de energía reactiva. Descarga el centro de transformación (potencia disponible en KW). Reduce el dimensionamiento de los cables y las pérdidas por efecto joule. Observaciones: La corriente reactiva ya no está presente en los cables de la instalación.

Compensación por grupo Se instala una batería de condensadores por cada grupo de receptores. Descarga las líneas de alimentación a los grupos pero no los circuitos terminales hacia cada receptor. Para grandes instalaciones y regimenes de carga son distintos. Ventajas: Elimina las penalizaciones por consumo excesivo de energía reactiva. Descarga el centro de transformación (potencia disponible en KW). Optimiza parte de la red ya que la corriente reactiva no circula entre los niveles 1 y 2. Reduce el dimensionamiento de los cables y las pérdidas por efecto joule. Observaciones: La corriente reactiva está presente en la instalación desde el nivel 2 hasta los receptores . Las pérdidas por efecto joule en los cables quedan reducidas. Existe un riesgo de sobrecompensación.

Compensación central Existe una batería de condensadores en el inicio de la instalación interior; proporciona el menor coste de instalación. Se emplea mayoritariamente en instalaciones de mediana y pequeña dimensión, cuando el objetivo prioritario es únicamente reducir los costes de explotación y cuando la carga es estable y continua. Ventajas: Elimina las penalizaciones por consumo excesivo de energía reactiva. Descarga el centro de transformación (potencia disponible en KW). Disminuye la potencia aparente ajustándola a la necesidad real de KW de la instalación. Observaciones: La corriente reactiva está presente en la instalación desde el nivel 1 hasta los receptores. Las pérdidas por efecto joule en los cables aguas abajo no son disminuidas.

Determinación del nivel de compensación de energía reactiva Método simplificado Método basado en el cálculo de potencia Método basado en los datos del recibo de electricidad A partir del balance de potencia reactiva

Determinación del nivel de compensación de energía reactiva Método simplificado Se considera que el cos φ de una instalación es en promedio 0.8 sin compensación, que hay que subir el cos φ a 0.93 para eliminar las penalizaciones y compensar las pérdidas habituales de energía reactiva de la instalación. Se utiliza una tabla que indica cuanto KVAR a instalar por KW son necesarios para subir el factor de potencia, que luego multiplicándoles por la potencia en KW, dará la potencia de la batería de condensadores a instalar (KVAR).

Determinación del nivel de compensación de energía reactiva Método basado en el cálculo de potencia Conociendo la potencia activa (KW), cos φ inicial y el deseado: Q (KWAR) = P(KW) * (tg φi - tg φd) Metodo basado en el recibo A partir del recibo se obtienen: Período del recibo Consumo de energía activa (KW-h) = ∑ (activa, punta, valle, llano) Consumo de energía reactiva (KWAR-h) A partir de la instalación: Calculo de horas efectivas de funcionamiento al mes P = (KW-h)/(período recibo*horas efectivas de funcionamiento) Luego, a partir de P y de los cos φ inicial y deseado, se calcula Q según los métodos anteriores.

Determinación del nivel de compensación de energía reactiva A partir del balance de potencia reactiva 1: Listar los receptores instalados sin olvidar las tomas de corriente. 2: Establecer los factores ku y ks para determinar las potencias de utilización máxima. Afectar P con ku, luego Q = P tgφ Factor de utilización máxima ku: aparece porque la potencia utilizada de un receptor puede ser inferior a la nominal. Para cada receptor: Promedio = 0.75 Alumbrado y calefacción = 1 Toma corrientes : depende de destino Factor de simultaneidad ks: aparece porque no todos los receptores funcionan simultáneamente.

Determinación del nivel de compensación de energía reactiva 3: Establecer las potencias de utilización máxima activa y reactiva en un juego de barras: Sumar las potencias activas de todos los receptores conectados al juego de barras Idem parea las potencias reactivas. Multiplicar por ks del tablero general de división los valores obtenidos. 4: Hacer el mismo balance de potencia para los juegos de barras que se encuentran en el mismo nivel de tensión. 5: reiterar desde 1 para un nivel de tensión superior.

Compensación en los bornes del transformador Para aumentar la potencia disponible A mayor cos φ de la instalación, la potencia activa disponible en el secundario de un transformador será más elevada. Por ello, es conveniente corregir el factor de potencia evitando la compra de un nuevo transformador.

Compensación en los bornes del transformador De la energía reactiva absorbida por el transformador Este valor varía en función del régimen e carga: En vacío absorbe energía reactiva para sostener el flujo magnético en el hierro. En carga además deberá sostener el flujo magnético de dispersión. Se instala en los bornes del secundario del transformador un condensador fijo de potencia.

Compensación en los bornes de un motor asincrónico En vacío o con poca carga el cos φ de los motores es muy bajo. (evitarlo o preverlo). Entonces, la batería se conecta directamente a los bornes del motor. Si el motor arranca con ayuda de un dispositivo, la batería de condensadores no debe estar en marcha en ese momento. La intensidad aguas arriba del conjunto motor compensador se vuelve inferior a la intensidad antes de compensación. Cuando la protección del motor contra las sobrecargas está situada aguas arriba de conjunto motor compensador, la regulación de esta protección debe reducirse en la relación: Cos φ antes de la compensación Cos φ después de la compensación

Compensación en los bornes de un motor asincrónico Para evitar la autoexitación: Cuando un motor arrastra una carga que tiene una gran inercia puede, después del corte de la tensión de alimentación, seguir funcionando utilizando su energía cinética y ser autoexitado por una batería de condensadores conectada a sus bornes. Estos le suministran la energía reactiva necesaria para su funcionamiento como generador asincrónico. Esto puede producir sobretensiones. Para evitarlo, se debe asegurar que la potencia de la batería sea inferior a la potencia necesaria para la autoexitación del motor comprobando: Qc se obtiene de tablas entrando con la potencia del motor y las RPM

Ejercicio