Matricula de AIEAS Nª 237/2012 Autor: M.A.R.F Salta

Matricula de AIEAS Nª 237/2012 Autor: M.A.R.F - 2013- Salta
Corrección del Factor de Potencia Fuentes: Leyden Circutor Schneider Electric Siemens Elecond Matricula de AIEAS Nª 237/ Autor: M.A.R.F Salta

Capitulo 4 – Electrodinámica Corriente Alterna(C.A.)
Cálculo de Variables Eléctricas - Capitulo 4 Capitulo 4 – Electrodinámica Corriente Alterna(C.A.) Corriente Eléctrica Circuito de CA con resistencia pura Circuito de CA con bobinas Corrientes de CA con capacitores Impedancia en circuito RLC Potencia Activa, Reactiva y Aparente Energía Activa, Reactiva y Aparente Lectura de facturas y Medidores de energía monofásico y trifásicos Calculo de compensación de factor de potencia en suministros monofásicos y trifásicos Autor: M.A.R.F Salta

Representación vectorial
Circuitos de Resistencia pura: La diferencia de potencial E aplicada a una resistencia R, producirá una circulación de corriente I, encontrándose en fase, es decir que ambas variaran en la misma proporción a través de una función sinusoidal. Si tomamos los ejes cartesianos la representación será: Autor: M.A.R.F Salta

Representación grafica
Se puede observar la variación proporcional de ambas curvas, pasando ambas por pico y “cero” en el mismo instante. Autor: M.A.R.F Salta

Efecto de una bobina en un circuito de C.A.
Al circular la corriente I por la bobina se origina un fenómeno de autoinducción que provoca: a)Reducción de la Intensidad máxima por la oposición dela cte. Inducida b) Desfasaje entre I y V, se atrasa la corriente con respecto a la tensión. c)Perdida de potencia P = I * V * cos φ Autor: M.A.R.F Salta

Impedancia XL Es la oposición que presenta una bobina a la circulación de corriente por efecto de la autoinducción. Toda bobina tiene también una resistencia inherente al conductor con que esta formada. En el esquema vectorial podemos observar el valor Z que corresponde a la suma vectorial de XL y R y su valor es: j Autor: M.A.R.F Salta

Valor de la reactancia Inductiva
Autor: M.A.R.F Salta

Efecto de un capacitor en un circuito de C.A.
Al circular la corriente I por un circuito con un condensador se origina los siguientes efectos: a)Reducción de la Intensidad máxima b) Desfasaje entre I y V, se adelanta la corriente con respecto a la tensión. c)Perdida de potencia P = I * V * cos φ Autor: M.A.R.F Salta

Impedancia Xc Es la oposición que presenta un condensador a la circulación de corriente. Todo condensador tiene también una resistencia inherente al conductor con que esta formada. En el esquema vectorial podemos observar el valor Z que corresponde a la suma vectotial de Xc y R y su valor es: Autor: M.A.R.F Salta

Valor de la reactancia capacitiva

Impedancia en Circuito RLC

Potencia Activa, Reactiva y Aparente
Potencia Activa: es el producto de la tensión por la corriente en pase con ella .(P) se expresa en kW Potencia Reactiva es la potencia absorbida por las bobinas para la creación del campo magnético en los núcleos de motores, transformadores, balastos, etc. ; y la absorbida por los capacitores en sus procesos de cargas y descarga. (Q) se expresa en kvar Analizando vectorialmente, esta última se encuentra desfasada de la energía activa el ángulo φ Potencia Aparente es la suma vectorial de las potencias reactiva y activa. (S) se expresa en kVA Autor: M.A.R.F Salta

Energía Activa, Reactiva y Aparente
Energía Activa: es la energía absorbida que se transforma en trabajo o calor. Ea(P) se expresa en kWh Energía Reactiva es la energía absorbida por los transformadores para la creación del campo magnético en los núcleos de motores, transformadores, balastos, etc. ; y la absorbida por los capacitores en sus procesos de cargas y descarga. Er(Q) se expresa en kvarh Analizando vectorialmente, esta última se encuentra desfasada de la energía activa el ángulo φ Energía Aparente es la suma vectorial de las energía reactiva y activa. Eap(S) se expresa en kVAh Autor: M.A.R.F Salta

Resumen para sistemas trifásicos equilibrados
Vf=380v Vf= 220v Autor: M.A.R.F Salta

Factor de potencia Que es el factor de Potencia? Es el coseno del ángulo entre la corriente y la tensión en un circuito alimentado por corriente alterna. Su valor oscila entre 0 y 1. La corriente I corresponde a la resultante de las corrientes debida a la presencia de resistencias, inductancias y capacitancia presentes en todo circuito de corriente alterna (fig2) En el calculo de la potencia activa P : P = E . I . cos f . el termino I . cos f es la proyección de I sobre el eje de E, y es el valor de la corriente que produce trabajo en eje del motor , calentamiento en la resistencias calefactoras, etc. P (potencia activa) es la potencia de calculo de las empresas distribuidoras de energía . No obstante la potencia absorbida a la red es el producto: Pap = E . I Denominada Potencia aparente. Por ello la exigencia de las distribuidora de corregir el valor de f de tal forma que las corrientes IL debido las presencias de bobinas sean compensadas por las Ic de los capacitores que incorporemos al circuito ; si logramos que IC sea igual a IL, f= 0 , cosf= 1, la potencia absorbida a la red se convertirá íntegramente en potencia activa Fig 1 Fig 2 Matricula de AIEAS Nª 237/ Autor: M.A.R.F Salta

Corrección del Factor de potencia Suministro monofásico
Sabemos que el factor de potencia afecta tanto al calculo de energía y de potencia con el mismo valor . Si analizamos desde el punto de la potencia, partimos de la premisa que en toda instalación eléctrica predomina las impedancias (motores, transformadores, balastos, etc) por lo tanto la fig 3 representa esta situación . La potencia reactiva dominante es la QL . La potencia real absorbida a la red es S, superior a P en un valor inverso al cos f . P = S . cos f => S= P/ cos f Corregir el factor de potencia es encontrar el valor de un capacitor o batería de capacitores con una reactancia capacitiva Qc (fig 2) tal que , su “oposición” a QL , haga disminuir el ángulo de desfasaje ente la corriente y la tensión al valor f’ . Como vemos en la fig 4. Al restar vectorialmente el valor de Qc al de QL, Obtenemos el punto B, el vector 0B será el nuevo valor de la potencia aparente S’ . El valor de factor de potencia (FP) mínimo permitido por la empresa distribuidora de Salta es de: cos f = 0.85, el valor adoptado en la practica para mejorar el FP es cos f’ entre 0,95 y 1. Fig 3 Fig 4 S’ S: Potencia aparente P : Potencia activa QL: Potencia reactiva inductiva QC: Potencia reactiva capacitiva : ángulo de desfasaje entre la corriente y la tensión f‘ : ángulo de desfasaje entre la corriente y la tensión deseado Matricula de AIEAS Nª 237/ Autor: M.A.R.F Salta

Calculo del capacitor para mejorar el FP Suministro monofásico
De la figura 5 podemos calcular lo siguiente: figura 5 (62) P : Potencia activa [watts] C: capacidad en Faradio [F] F : frecuencia de la red (en Argentina 50Hz) E : tensión eficaz de la red [voltio] : ángulo de desfasaje f‘ : ángulo de desfasaje deseado p : 3.14 Matricula de AIEAS Nª 237/ Autor: M.A.R.F Salta

Calculo del capacitor para mejorar el FP Suministro Trifásico
De la figura 5 podemos calcular lo siguiente: figura 5 ’ (63) = ( ‘ ) Qc= Potencia reactiva de la batería de capacitores a instalar P = potencia activa de la instalación a compensar Tg f: Tangente del ángulo de desfasaje f, medida o indicada por la empresa distribuidora a mejorar Tg f’: Tangente del ángulo de desfasaje f deseado Matricula de AIEAS Nª 237/ Autor: M.A.R.F Salta

Lectura de Medidores de Energía
Los medidores de energía actuales nos brindan la medición de la energía activa y reactiva, consumida en un periodo de 30 días.(aprox). Podemos calcular la potencia media de nuestra instalación aplicando la formula: P = Ea/(30dx24h), lo mismo con la potencia reactiva: Q= Er/(30dx24h); también podemos obtener el valor promedio del factor de potencia, mediante: cos f = P / S (por T. Pitágoras) Cuando EDESA nos entrega el valor de cos φ realiza el calculo con los valores de energía: Autor: M.A.R.F Salta

Compensación Monofásica
Podemos calcular tg φ con la formula: Luego determinar el valor de la capacidad requerida: P: potencia activa; f: frecuencia 50hz; tgf: tangente del ángulo de desfasaje a corregir; tgf’: tangente del ángulo deseado. (Ver tabla). Autor: M.A.R.F Salta

Compensación Trifásica
Podemos calcular tg φ con la formula: Luego determinar el valor de la capacidad requerida: P: potencia activa; tg f: tangente del ángulo de desfasaje a corregir; tg f’: tangente del ángulo deseado. Ver tabla a continuación. (63) = ( ‘ ) Autor: M.A.R.F Salta

Compensación Monofásica/Trifasica
La empresa distribuidora de energía no puede indicar en su facturación el valor Tg j, por lo que necesitamos determinar a que valor de factor de potencia corresponde. Para ello aplicaremos la siguiente relación: Cos φ Tg j 0,85 0,62 0,86 0,59 0,87 0,57 0,88 0,54 0,89 0,51 0,9 0,48 0,91 0,46 0,92 0,43 0,93 0,4 0,94 0,36 0,95 0,33 0,96 0,29 0,97 0,25 0,98 0,2 0,99 0,14 Considerar : j = f Autor: M.A.R.F Salta

Compensación Monofásica/Trifasica
Tabla I tang cos 0.593 0.567 0.540 0.512 0.484 0.456 0.426 0.395 0.363 0.329 0.860 0.870 0.880 0.890 0.900 0.910 0.920 0.930 0.940 0.950 1.518 0.55 0.925 0.952 0.979 1.006 1.034 1.063 1.092 1.123 1.156 1.190 1.479 0.56 0.886 0.913 0.967 0.995 1.024 1.053 1.084 1.116 1.151 1.441 0.57 0.848 0.875 0.902 0.929 0.957 0.986 1.015 1.046 1.079 1.113 1.405 0.58 0.811 0.838 0.865 0.892 0.949 1.009 1.042 1.076 1.369 0.59 0.775 0.802 0.829 0.856 0.884 0.942 0.973 1.040 1.334 0.6 0.740 0.767 0.794 0.821 0.849 0.878 0.907 0.938 0.970 1.005 1.299 0.61 0.706 0.732 0.759 0.787 0.815 0.843 0.873 0.904 0.936 1.265 0.62 0.672 0.699 0.726 0.753 0.781 0.810 0.839 0.903 0.937 1.233 0.63 0.639 0.666 0.693 0.720 0.748 0.777 0.807 0.837 1.201 0.64 0.607 0.634 0.661 0.688 0.716 0.745 0.805 0.872 1.169 0.65 0.576 0.602 0.629 0.657 0.685 0.714 0.743 0.774 0.806 0.840 1.138 0.66 0.545 0.572 0.599 0.626 0.654 0.683 0.712 1.108 0.67 0.515 0.541 0.568 0.596 0.624 0.652 0.682 0.713 0.779 1.078 0.68 0.485 0.539 0.566 0.594 0.623 0.715 0.750 1.049 0.69 0.482 0.509 0.537 0.565 0.686 1.020 0.7 0.427 0.453 0.480 0.508 0.536 0.625 0.692 0.992 0.71 0.398 0.425 0.452 0.597 0.663 0.964 0.72 0.370 0.397 0.424 0.538 0.569 0.601 0.635 0.73 0.343 0.396 0.481 0.510 0.573 0.608 En la tabla contigua, los valores en los cuadros en blanco representan la diferencia : (tg f – tg’ f) empleada en el calculo : Q= P (tg f – tg f’) Por ejemplo: El valor en rojo 0,829 resulta de la diferencia: 1,368-0,540 Autor: M.A.R.F Salta

Facsímil de factura de Consumo de energía monofásica

Facsímil de factura de Consumo de energía monofásica
Ea= 723kwh y Er = 919Kvar Eap2= Eap= cos f = 723/ Cos f = Tg f = Er/Ea = 919/723 Tg f = 1.27; para: cos f >0.85 => Tg f’ <0.62 Potencia Promedio: Pm= 723Kwh/(30x24)h= 1,004Kw = 1004w Reemplazando en: C=1004*( )/(2*3.14*50*2202) C= Faradios=47uF Conectamos un capacitor de 50mf permanente para lograr un cos f mayor que 0.85 Si tomamos Tg f’ = 0,33 en el calculo de C, lograremos un cos f mayor o igual a 0,95 f f Autor: M.A.R.F Salta

Lectura de Medidores de Energía
Suministro Monofásico Los medidores de energía actuales nos brindan la medición de la energía activa y reactiva, consumida en un periodo de 30 días.(aprox). Podemos calcular el factor de potencia como : ea : Energía activa er : Energía reactiva Matricula de AIEAS Nª 237/ Autor: M.A.R.F Salta

Lectura de Medidores de Energía Suministro monofásico
En el extracto adjunto correspondiente a un suministro monofásico de la empresa distribuidora EDESA de Salta, se puede observar los valores de energía Activa y reactiva respectivamente comprendida en el período : 22/12 /2010 al 24/01/2011 (un mes). Verifiquemos el valor de cos f expresado en el extracto. Ea= 723kwh y Er = 919Kvar Eap2= ; Eap= cos f = 723/ ; Cos f = Podemos calcular también la tg de f tg f = Er/Ea = 919/723 tg f = 1.27 Matricula de AIEAS Nª 237/ Autor: M.A.R.F Salta

Ejercicio: Calcular el capacitor para elevar el factor de potencia a 0,95

Calculo del capacitor para mejorar el FP Suministro monofásico
El ejemplo de la pagina 22 lo podemos resolver ahora de la siguiente manera: para: cos f >0.85 de la tabla anterior=> Tg f <0.62 tamamos este valor como limite inferior, es decir el capacitor debe ser igual o mayor al calculado: C=1004*( )/(2*3.14*50*2202) C= Faradios=47uF Los valores próximos que se comercializan son: 20 mf, 25 mf 33 mf, 44 mf, 50 mf, 66 mf, etc. En nuestro caso podríamos conectar en paralelo un capacitores de 55 mf IMPORTANTE Hay que tener mucho cuidado con las unidades : P debe expresarse en watts : en la imagen de la pag 4 nos figura una potencia contratada de 2 kW es decir 2000 W El calculo nos dará en Faradio, debemos traducirlo a micro faradios ( mf) pues esa es la unidad de los capacitores que se comercializan en el medio. El valor adptado para la tg f ‘ es optativo e inferior a 0,62 (ver tabla ) se recomienda valores de 0.33 a 0.14 Matricula de AIEAS Nª 237/ Autor: M.A.R.F Salta

Esquema de conexión de un capacitor para mejorar el FP de una instalación Suministro monofásico En una instalación monofásica podemos adoptar una corrección total del factor de potencia instalada según el esquema de la fig. 7. Acá tenemos en cuenta los valores indicados por la distribuidora de energía tal como vimos en la pag. 4, En este caso se deben tener en cuenta las siguientes consideraciones: Si instalamos el Tc FP en las proximidades del TP, se deben mantener las condiciones de doble aislación ( aislación Clase II) para evitar accidentes por contactos indirectos El calibre del TM debe elegirse en función de la reactancia capacitiva de los capacitores instalados multiplicado por el factor 1,43, que tiene en cuenta la tensión de pico de la CA : Ic = E. 2. p . f. C Es recomendable instalar un dispositivo de señalización (ojo de buey) pues los capacitores tienen un tiempo de duración, después del cual pueden entrar en corto circuito y salir de funcionamiento. Aguas arriba del punto de conexión A, la corriente es inferior a la que circula aguas debajo de este punto. Tomando los valores de la fig 5, I’ es menor que I, este de debe a que la energía empleada para magnetizar los núcleos de motores, de balastos y transformadores, etc. es entregada por el/os capacitores. (63) A figura 7 Matricula de AIEAS Nª 237/ Autor: M.A.R.F Salta

Análisis de potencia suministrada Suministro monofásico En la figura 8, vemos la representación de la potencia activa y reactiva que es suministrada por la red y requerida por la carga. Recordemos que en toda instalación eléctrica estará presente la inductancia. Cuando realizamos la compensación, parte de la potencia reactiva que requiere la carga es suministrada por el/los capacitores instalados para mejorar el factor de potencia (FP) . Obsérvese que los conductores antes del TP (aguas arriba) transportan menos potencia o mas bien conducen menos corriente que los que se encuentran aguas abajo del TP. Hemos aliviado los conductores de acometida y solicitamos menos potencia aparente a la distribuidora. figura 8 figura 9 Matricula de AIEAS Nª 237/ Autor: M.A.R.F Salta

Instalación con aplicación de una Batería en el TP Matricula de AIEAS Nª 237/ Autor: M.A.R.F Salta

Análisis de potencia suministrada Suministro monofásico En los gráficos adjuntos, vemos diferentes situaciones de compensación destacándose el siguiente detalle, cuando mas cerca ubiquemos los capacitores de compensación de la carga, obtendremos mayor beneficio en aliviar las corrientes en los conductores aguas arriba. El esquema de la figura 12 es la situación mas beneficiosa pero también la mas cara a aplicar al momento de presupuestar el trabajo, y también mas caro su mantenimiento. Esto es porque las cargas se encuentran dispersas y debemos instalar a cada una de ellas un capacitor con su protección, y muy posiblemente un gabinete para contenerlos, si el artefacto a compensar no cuenta en su interior con espacio suficiente. Matricula de AIEAS Nª 237/ Autor: M.A.R.F Salta

Compensación Fija P La compensación fija es aplicable a instalaciones que demanden una potencia reactiva constante. 9kw Pm No obstante la empresa suministradora de energía adopta un concepto de factor de potencia promedio, fijando un valor mínimo (Edesa fijo el cos f mínimo en 0,85) para aplicar los recargos a aquellos clientes con factor de potencia por debajo de ese valor. En el ejemplo vemos un consumidor con potencia activa variable con un valor pico de 9Kw y un valor de potencia mínima de 4kw. 4kw Qc t Si adoptamos en el calculo la potencia máxima de 9Kw para calcular los kvar de la batería o capacidad del capacitor a instalar, estaremos sobrecompensando durante todo el período de lectura, de la misma manera si adoptamos el valor mínimos, subcompensaremos nuestra instalación. Debemos recurrir entonces a determinar la potencia promedio. Este valor se puede determinar a partir de la lectura del medidor de energía adoptando el criterio de valor medio ponderado diario, estudiando la variación del consumo, por medición de las corrientes en cada fase o por el estudio del medidor de energía (tomado la vueltas del disco o pulsaciones en los medidores Electrónicos). En un ejemplo mas adelante veremos estas aplicaciones. Podemos analizar esta situación a partir de los vectores que representan la potencia activa , potencia reactiva inductiva presente en nuestra instalación y la potencia reactiva del capacitor a instalar (ver pagina siguiente). Suponemos que la potencia reactiva inductiva disminuye en la misma medida que la activa si consideramos el funcionamientos de diferentes motores (por ejemplo de heladeras). Supongamos la instalación de un capacitor que nos brinde 3,kvar Matricula de AIEAS Nª 237/ Autor: M.A.R.F Salta

Compensación Fija s Qc=3kvar Ql=4kvar s S’ Ql=2kvar f1 Qc=3kvar S: potencia aparente antes de compensar S: potencia aparente luego de compensar Ql: potencia reactiva inductiva de la instalación Qc: potencia reactiva del capacitor a instalar 4kw - f2 9kw S’ Compensación durante el pico de potencia Compensación durante el valor mínimo de potencia activa Como puede observarse, durante el período de potencia mínima, el factor de potencia puede tomar valores por debajo del admitido 0,85 . Es interesante analizar también, que tipos de cargas están presentes en nuestra instalación en estudio. Supongamos una carga inductiva permanente , y una potencia activa variable debido a la presencia de resistencias calefactoras. El diagrama vectorial sería Como puede observarse el incremento de potencia activa, manteniendo contante la por reactiva logro aumentar el factor de potencia (f2 es menor que f1) s s Qc=3kvar Qc=3kvar Ql=4kvar Ql=4kvar S’ S’ f1 f1 9kw 12kw Matricula de AIEAS Nª 237/ Autor: M.A.R.F Salta

Compensación Variable (automática) P La compensación variable es aplicable a instalaciones que demanden una potencia reactiva con variaciones notables entre potencias activas máximos y mínimas. Qc 9 8 7 6 5 4 3 2 1 9 8 7 1 2 3 4 5 6 9 8 7 6 5 4 3 2 9 8 7 1 2 3 4 5 8 7 1 2 3 4 5 6 7 6 5 4 3 2 1 9 8 7 1 2 3 4 7 1 2 3 4 5 6 El sistema de compensación variable, consiste en un relé varimétrico que lee en tiempo real, instante por instante, los valores de potencias activas y reactivas, calculando con esos valores el factor de potencia. Mediante un algoritmo interno calcula la potencia reactiva necesaria para compensar el factor de potencia y llevarlo a un valor prefijado por el programador. 9 8 7 6 5 4 9 8 7 6 1 2 1 2 3 4 5 6 5 4 3 2 1 9 8 7 6 5 t1 t2 t3 t Inmediatamente ordena a un contactor que conecte la batería que se requiere para elevar el factor de potencia al valor prefijado. De la misma manera procederá a desconectarlo si sus cálculos internos así lo determinan. De esta manera el relé ira conectando y desconectando las baterías (condensadores/capacitores) necesarias y tantas veces que necesite, para mantener el factor de potencia deseado. En el grafico anterior observamos la potencia activa variable de un consumidor, y un sistema con 9 capacitores de igual potencia que se conectan y desconectan maniobrados por un contactor por cada capacitor. En el diagrama de la próxima pagina se observa el esquema de un corrector automático con tres baterías. Los tiempos de conexión de cada capacitor son contabilizados por el relé varimetrico, de manera de hacerlos rotar en su funcionamiento para garantizar un aprovechamiento optimo de todos ellos. Los tiempos de conexión pueden variar según la necesidades de compensación t1, t2, t3,…… La cantidad de pasos y el valor de cada uno de ellos, pueden variar según las necesidades del consumidor, pudiéndose adoptar diferentes criterios en los valores de cada paso, sujetos al modelo de rele varimértrico empleado. Matricula de AIEAS Nª 237/ Autor: M.A.R.F Salta

Autor: M.A.R.F - 2011- Salta Resistencias de pre inserción CONTACTOR
Batería trifásica de Capacitores Autor: M.A.R.F Salta

Principios y motivos del uso de la compensación automática Un equipo de compensación automática debe ser capaz de adecuarse a las variaciones de potencia reactiva de la instalación para conseguir mantener el cos f . objetivo de la instalación. Un equipo de compensación automática está constituido por 3 elementos principales: Lectura de corriente Lectura de tensión El regulador: cuya función es medir el cos f . de la instalación y dar las órdenes a los contactores para intentar aproximarse lo más posible al cos f. objetivo,conectando los distintos escalones de potencia reactiva. Los contactores: son los elementos encargados de conectar los distintos condensadores que configuran la batería. El número de escalones que es posible disponer en un equipo de compensación automática depende de las salidas que tenga el regulador . Los condensadores: son los elementos que aportan la energía reactiva a la instalación. Además para el correcto funcionamiento de un equipo de compensación automática es necesaria la toma de datos de la instalación; son los elementos externos que le permiten actuar correctamente al equipo: - La lectura de intensidad: se debe conectar un transformador de intensidad que lea el consumo de la totalidad de la instalación. - La lectura de tensión: normalmente se incorpora en la propia batería de manera que al efectuar la conexión de potencia de la misma ya se obtiene este valor. Esta información de la instalación (tensión e intensidad) le permite al regulador efectuar el cálculo del cos f . existente en la instalación en todo momento y le capacita para tomar la decisión de introducir o sacar escalones de potencia reactiva. Matricula de AIEAS Nª 237/ Autor: M.A.R.F Salta

Elección entre compensación fija o automática en Industria alimentadas con un transformador exclusivo . Cuando la demanda de kVAr es inferior o igual al 15% de la potencia nominal del transformador de potencia, es posible la utilización de condensadores fijos. Para valores superiores al 15%, es recomendable instalar una batería de condensadores automática. La ubicación de los equipos de compensación dentro de una instalación puede ser: Global (un equipo para toda la instalación). Parcial (grupo a grupo de receptores). Individual (en cada receptor). En principio, la compensación ideal, a nivel técnico, es aquella que se aplica en el mismo punto de demanda. En la práctica, los factores técnicos y económicos determinarán la elección del equipo. Compensación global Compensación global Principio: La batería de condensadores está conectada al embarrado del cuadro de distribución principal de baja tensión y permanece en servicio durante el periodo de carga normal. Ventajas Suprime las penalizaciones por un consumo excesivo de energía reactiva. Ajusta la potencia aparente (S en kVA) a la necesidad real de la instalación. Descarga el centro de transformación (potencia disponible en kW). Observaciones La corriente reactiva (Ir ) está presente en la instalación desde el nivel 1 hasta los receptores. Las pérdidas por efecto Joule en los cables no quedan disminuidas. Con la compensación global, obtenemos la mejor solución prestaciones-precio. Matricula de AIEAS Nª 237/ Autor: M.A.R.F Salta

Elección entre compensación fija o automática en Industria alimentadas con un transformador exclusivo . Normas aplicadas habitualmente Compensación por grupos Principio: Las equipos de compensación están conectados en el embarrado de cada cuadrode distribución local, tal como se muestra en la Figura. Una parte significativa de la instalación se ve beneficiada por este tipo de compensación, sobre todo los cables de alimentación del CGBT y cada uno de los cuadros de distribución secundarios en los que se aplican las medidas de compensación. Ventajas Suprime las penalizaciones por un consumo excesivo de energía reactiva. Optimiza una parte de la instalación, la corriente reactiva no se transporta entrelos niveles 1 y 2. Descarga el centro de transformación (potencia disponible en kW). Reducción de la sección de cables aguas arriba. Observaciones La corriente reactiva (Ir ) está presente en la instalación desde el nivel 2 hasta los receptores. Las pérdidas por efecto Joule en los cables disminuyen. Riesgo de sobrecompensación, si hay grandes variaciones de carga. Compensación Por grupos Se recomienda la compensación por grupos cuando la instalación es amplia y cuando los patrones de carga/tiempo difieren entre una parte de la instalación y otra. Matricula de AIEAS Nª 237/ Autor: M.A.R.F Salta

Elección entre compensación fija o automática en Industria alimentadas con un transformador exclusivo . Compensación individual Principio Los condensadores se conectan directamente en bornes de los receptores (especialmente motores,). Es recomendable utilizar la compensación individual cuando la potencia del motor es significativa con respecto al conjunto de la potencia total demandada por la instalación. Generalmente la potencia reactiva a compensar está sobre un 25% de la potencia del motor, en kW. Igualmente se recomienda utilizar la compensación fija para compensar el transformador de potencia; tanto para vacío o como para plena carga. 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 su 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. . Se debe considerar la compensación individual cuando la potencia del motor es significativa con respecto a la potencia de la instalación. Ejemplo: Motor Pn = 51 kW potencia mecánica en el eje del motor cos f = 0,86 h = 0,91 (eficiencia del motor) Matricula de AIEAS Nª 237/ Autor: M.A.R.F Salta

Ejemplo de compensación individual de un motor Valores prácticos del factor de potencia Los cálculos para el ejemplo trifásico anterior son los siguientes: Pn = potencia en eje suministrada = 51 KW. P = potencia activa consumida = Pn / h = 51 / 0,91 = 56KW S = potencia aparente = P / cos f = 56 / 0,86 = 65 KVA tan f = raiz((1/cos 2 f)-1)) = raiz((1/(0.86*0.86))-1) = 0,59 QL = P * tan f. = 56 0,59 = 33 KVAr Para elevar el factor de potencia a 0,95, debemos conectar una bateria de capacitores que resulta de calcular: Para cos f = corresponde tan f’. = 0.329 Qc = p * (tan f. - tan f’ ) = 56 * (0.59 – 0.329) = 14,616 Elegimos un valor comercial: Qc= 15 KVAr La potencia aparente se reducirá a: S = raíz( P2 –(QL-Qc)2) = S = raíz (( 56 * 56 )+ ((33-15)*(33-15)))= S = 60,95KVA . QL=15KVAr S=65KVA f f’ QL=33KVAr P=56Kw Para cos f = corresponde tan f’. = 0.142 Qc = p * (tan f. - tan f’ ) = 56 * (0.59 – 0.142) = 25,09 KVAR Elegimos un valor comercial: Qc= 25 KVAr La potencia aparente se reducirá a: S = raíz( P2 –(Ql-Qc)2) = S = raíz (( 56 * 56 )+ ((33-25)*(33-25)))= S = KVA Cuanto mas nos aproximemos a cos f = 1 , la potencia aparente S se aproximara a la Potencia activa del motor. Matricula de AIEAS Nª 237/ Autor: M.A.R.F Salta

Ejemplo de compensación para aprovechamiento de un transformador de suministro exclusivo . Matricula de AIEAS Nª 237/ Autor: M.A.R.F Salta

Contactor para maniobra de Capacitores Los contactores para maniobra de capacitores poseen un juego de contactos auxiliares que tienen la función de preinsertar un juego de resistencia que provocan una caída te tensión en el momento de conexión reduciendo la corriente inicial, para luego anularse en el momento que se cierran los contactos principales. Esto ocurre en una fracción de segundos , suficientes para reducir los efectos nocivos de la alta corriente de conexión de los capacitores. Resistencia de amortiguación Resistencia de amortiguación Matricula de AIEAS Nª 237/ Autor: M.A.R.F Salta

Relee Varimétrico EPCOS Memorización: Valores máximos de Tensión, Energía Reactiva, Energía Activa, Energía Aparente, Temperatura, THD Número de conexiones de cada salida Tiempo de funcionamiento (de cada capacitor) Errores : registra los últimos 8 errores Lecturas en display: Factor de Potencia (Cos Phi) Tensión del sistema (en V) Corriente aparente (en A) Potencia Reactiva (en kvar) Potencia Activa (en kW) Potencia Aparente (en kVA) .kVAr (Potencia necesaria para lograr el Coseno Phi programado) Frecuencia (en Hz) Temperatura (en o C) Contenido armónico (de 3º a 19º)(V en % I en %)carga de corriente sobre los capacitores debido a armónicas Armónicas (THD-V en % ; THD/I en %) Alarmas disponibles: en el equipo: Subcompensación; Sobrecompensación, Sobrecorriente, Tensión de medición, Sobretemperatura, Sobretensión, Baja tensión, Baja corriente, Cantidad de maniobras , Armónicas Matricula de AIEAS Nª 237/ Autor: M.A.R.F Salta

Sistemas Automáticos Sistemas para la corrección automática centralizada del Factor de Potencia, se entregan listos para su instalación. Matricula de AIEAS Nª 237/ Autor: M.A.R.F Salta

Lectura de los Medidores de energía Los Medidores electrónicos de energía actuales nos permiten realizar un estudio profundo de las situación de los consumidores. Nos permiten conocer los valores pico de potencia activa, registrar las energías activas y reactivas, ver valores de cierre de lecturas anteriores, etc. Mediante su observación podemos determinar los parámetros para ajustar el factor de potencia a los requeridos por la empresa de suministro de energía. En la próxima pagina observaremos una planilla para llevar un registro de los valores que nos brinda este tipo de medidor Alpha 1000, y con ellos realizar cálculos para determinar la potencia reactiva necesaria para compensación del factor de potencia. Matricula de AIEAS Nª 237/ Autor: M.A.R.F Salta

DETALLE DE LECTURAS EN MEDIDOR TRIFASICO ALFA
DATOS P/CALCULO 1 FECHA ACTUAL CALCULO DE TANG PHI Present date TANG PHI= 0,154 2 HORA ACTUAL 06:14 COS PHI= 0,988 Present time ENERGIA ACT DEL PERIODO 39 ENERGIA ACTIVA TOTAL 323 3 Total kWh-Del ENERGIA REACT DEL PERIODO 6 ENERGIA REACTIVA TOTAL 215 4 Total kVARh-Del COS PHI DESEADO= 0,99 POTENCIA MAXIMA TOTAL 18 POT RECTIVA NECESARIA= 0,2 kVAr 5 Rate A Max kW-Del ENERGIA DE PICO Rate C kWh-Del DESCRIPCION DE LECTURAS: POTENCIA MAXIMA PICO "A" : LECTURA SIN HOARIO 7 Rate C Max kW-Del "B" : LECTURA DE 5 A 18hRS. resto POTENCIA ACUMULADA PICO "C": LECTURA DE 18 A 23 HRS. punta pico 8 Rate C Cum kW-Del "D": LECTURA DE 23 A 5 HRS valle ENERGIA EN RESTO LECTURA AL CIERRE DEL MES ANTERIOR 9 Rate B kWh-Del DATOS PARA CALCULO POTENCIA MAXIMA RESTO 10 Rate B Max kW-Del POTENCIA ACUMULADA RESTO 11 Rate B Cum kW-Del ENERGIA DEN VALLE Q= P (tg f – tg f’) 12 Rate D kWh-Del POTENCIA MAXIMA VALLE 13 Rate D Max kW-Del POTENCIA ACUMULADA VALLE 14 Rate D Cum kW-Del CONTEO RESET DEMANDA 15 Demand reset count Autor: M.A.R.F Salta

DETALLE DE LECTURAS EN MEDIDOR TRIFASICO ALFA
(segunda parte: lectura 16 a 24) ENERGIA ACTIVA TOTAL PREVIA 284 16 PB Total kWh-Del ENERGIA REACTIVA TOTAL PREVIA 209 17 PB Total kVARh-Del POTENCIA MAXIMA TOTAL PREVIA 18 PB Rate A Max kW-Del ENERGIA DE PICO PREVIA 19 PB Rate C kWh-Del POTENCIA MAXIMA PICO PREVIA 20 PB Rate C Max kW-Del ENERGIA EN RESTO PREVIA 21 PB Rate B kWh-Del POTENCIA MAXIMA RESTO PREVIA 22 PB Rate B Max kW-Del ENERGIA DE VALLE PREVIA 23 PB Rate D kWh-Del POTENCIA MAXIMA VALLE PREVIA 24 PB Rate D Max kW-Del En esta parte de la tabla se indican los valores leídos en el cierre de la lectura del mes anterior. Estos valores nos permiten determinar en cualquier día del mes factor de potencia promedio con solo tomar las lecturas L3 y L4, y luego realizar las operaciones : Tg f = (L4 - L17) / (L3 - L16) Pm= (L3-L16) / Ht Ht: horas transcurridas entre ala ultima lectura y la actual Autor: M.A.R.F Salta

Lectura de Medidores AMPY figura 13 Matricula de AIEAS Nª 237/ Autor: M.A.R.F Salta

Determinación de la Potencia activa para el calculo de corrección de FP figura 13 Matricula de AIEAS Nª 237/ Autor: M.A.R.F Salta

Determinación de la Potencia activa para el calculo de corrección de FP Matricula de AIEAS Nª 237/ Autor: M.A.R.F Salta

Determinación de la Potencia activa para el calculo de corrección de FP Se consideran la lectura de dos medidores mecánicos, uno para Energía reactiva y otro para Energía Reactiva. El término 60 (min/h) convierte la medición de las vueltas del disco de un minuto a un a hora Constante de los medidores Matricula de AIEAS Nª 237/ Autor: M.A.R.F Salta

Determinación de la Potencia activa para el calculo de corrección de FP Matricula de AIEAS Nª 237/ Autor: M.A.R.F Salta

Trabajo Practico 12 FP-1 Acometida Monofásica Determinar: valor de Capacitor para elevar el factor de potencia a 0,95 – Considerar que la alimentación corresponde a una despensa donde el 90% del consumo corresponde a heladeras . 61 Matricula de AIEAS Nª 237/ Autor: M.A.R.F Salta

Determinar: valor de Capacitor para elevar el factor de potencia a 0,95 – Considerar que la alimentación corresponde a una despensa donde el 90% del consumo corresponde a heladeras . Matricula de AIEAS Nª 237/ Autor: M.A.R.F Salta

Trabajo Practico 12 FP-2 Acometida Monofásica Determinar: valor del la batería de Capacitores trifásicos para elevar el factor de potencia a 0,98 – Considerar que la alimentación corresponde a un deposito con cámaras frigoríficas . El valor «Cte.» Es el coeficiente con que debemos multiplicar el resultado de las lecturas de energia: (Lec. Act. – Lec.Ant.) x Cte. , para determinar el consumo mensual. Mientras que para determinar el valor de pico de la Potencia en los tres períodos de lectura, debemos multiplicar los valores de potencia de la lect. Act. por la contante 0.40 Matricula de AIEAS Nª 237/ Autor: M.A.R.F Salta

Compensaciones individuales de Balastos - Suministro monofásico Los fabricantes de motores, balastos , solenoides, transformadores, etc, publican tablas de compensación de sus productos como la que se muestra en la figura 13 y 14 figura 13 Matricula de AIEAS Nª 237/ Autor: M.A.R.F Salta

Compensaciones individuales de Balastos - Suministro monofásico IMPORTANTE: Todo capacitor que se instale para compensar FP debe estar protegido con un TM o fusible calculando la corriente nominal determinada por ecuación (63) figura 13 Matricula de AIEAS Nª 237/ Autor: M.A.R.F Salta

CAPACITORES PARA COMPENSAR MOTORES ASINCRONICOS TRIFASICOS
1000 RPM POTENCIA CV POTENCIA KW CTE. PLENA CARGA COS PHI KVAR CAP. 1 0,75 2,28 0,72 0,52 1,5 1,1 3,28 2 3,98 0,76 0,85 3 2,2 5,53 0,77 1,02 4 7,46 1,55 5,5 9,88 2,00 7,5 13,5 2,61 10 16,85 0,78 3,30 15 11 24,52 9,81 4,51 20 31,48 0,81 5,38 25 18,5 38,2 7,32 30 22 45,38 0,83 8,96 40 58 0,86 10,76 50 37 71 0,87 12,75 60 45 86 15,95 75 56,2 103 18,46 100 141 26,16 Autor: M.A.R.F Salta

CAPACITORES PARA COMPENSAR MOTORES - ASINCRONICOS TRIFASICOS
1500 RPM POTENCIA CV POTENCIA KW CTE. PLENA CARGA COS PHI KVAR CAP. 1 0,75 2,04 0,38 1,5 1,1 2,76 0,8 0,65 2 3,6 0,81 0,77 3 2,2 5,15 0,82 0,92 4 6,95 1,34 5,5 8,6 0,84 1,55 7,5 11,75 0,83 1,85 10 15,65 2,55 15 11 22 0,86 3,22 20 30,06 4,64 25 18,5 38,1 5,02 30 44,62 6,41 40 56,85 0,87 9,40 50 37 70 11,76 60 45 84 0,88 12,14 75 56,2 102 17,14 100 138 22,40 Autor: M.A.R.F Salta

CAPACITORES PARA COMPENSAR MOTORES ASINCRONICOS TRIFASICOS
3000 RPM POTENCIA CV POTENCIA KW CTE. PLENA CARGA COS PHI KVAR CAP. 1 0,75 1,84 0,82 0,28 1,5 1,1 0,55 0,86 0,36 2 3,42 0,37 3 2,2 4,93 0,87 0,45 4 6,29 0,9 0,57 5,5 8,14 0,66 7,5 11,31 0,88 0,69 10 14,96 0,81 15 11 22,04 1,76 20 28,84 2,32 25 18,5 34,76 0,89 3,50 30 22 41,78 4,81 40 56,43 6,62 50 37 70,45 8,45 60 45 83 9,14 75 56,2 103 11,34 100 140 16,80 Autor: M.A.R.F Salta

Compensaciones individuales de Motores Monofásicos figura 14 Los motores de inducción monofásicos, no tienen un campo rotante natural como existe en los trifásicos. El arrollamiento principal (indicado en color rojo) crea un campo alternativo, y por medio de un segundo arrollamiento, auxiliar (indicado en color verde) se establece un campo desfasado que hace posible que el motor arranque. Este efecto se multiplica si se coloca en el arrollamiento auxiliar un capacitor de arranque electrolítico para régimen de corta duración que logra un desplazamiento en fase aun mayor. En ambos casos el arrollamiento auxiliar y el capacitor de arranque (si el motor lo posee) son desconectado ni bien el motor arranca, por medio de un interruptor centrífugo, quedando solamente alimentado el arrollamiento principal durante el funcionamiento normal del motor. Matricula de AIEAS Nª 237/ Autor: M.A.R.F Salta

Compensaciones individuales de Motores Monofásicos En el régimen de marcha normal, el motor tiene un bajo factor de potencia, pero la compensación es mas simple, pues no existen los problemas de autoexcitación que se presentan en los motores trifásicos, pudiéndose seleccionar el capacitor de compensación, por medio de tablas, sin necesidad de recurrir imperiosamente a mediciones de potencia reactiva. figura 15 Matricula de AIEAS Nª 237/ Autor: M.A.R.F Salta

Compensaciones individuales de Motores Monofásicos con Capacitor permanente La performance del motor se puede mejorar mucho con la adición de un capacitor de marcha o permanente. En este caso no solo se mejora la característica de cupla del motor para todos los estados de marcha sino también el factor de potencia. figura 17 Matricula de AIEAS Nª 237/ Autor: M.A.R.F Salta

Compensaciones individuales de Motores Monofásicos figura 16 Matricula de AIEAS Nª 237/ Autor: M.A.R.F Salta

Compensaciones individuales

Compensaciones individuales de Motores

VENTAJAS DE LA COMPENSACIÓN
Aumento de la potencia disponible Cos phi inicial aumento de la potencia disponible % % % % El porcentaje indicado expresa el aumento de potencia activa (kW) que puede entregar un transformador corrigiendo hasta cos f = 1 Eejmplo: si un transformador suministra 10kW a un inmueble con un factor de potencia 0.70 necesita una potencia aparente de 14.28kVA. Si colocamos un capacitor para elevar el cos f = 1 , necesitaremos solamente 10kVA para nuestro inmueble quedándonos disponible un excedente de 4.28kVA (el 42.8%) para nuevos suministros Autor: M.A.R.F Salta

Reducción de la sección de los conductores Cos phi inicial aumento de la potencia disponible 1 1 A medida que el cos f desciende, la sección del conductor de alimentación debe afectarse de un coeficiente multiplicador indicado en la tabla anterior. De la misma manera, si a una consumidor con cos f= , efectuamos la corrección para elevar el factor de potencia a 1 , podremos reducir la sección de los conductores en un 60% Autor: M.A.R.F Salta Autor: M.A.R.F Salta 79

Reducción de las perdidas por efecto Joule La instalación de condensadores permite la reducción de pérdidas por efecto Joule (calentamiento por la resistencia interna). Esta Energía es contabilizada por los medidores de energía; y su valor es directamente proporcional al cuadrado de la corriente: Q = R. I2 . T [Kcal] Reducción de las caídas de tensión aguas arriba del punto de conexión del capacitor Autor: M.A.R.F Salta Autor: M.A.R.F Salta 80

Trabajo Practico 13 Compensación FP – Alimentación Monofásica A) Calcular la reactancia capacitiva de un capacitor de 50uF conectado a la red domiciliaria. B) Calcular la corriente absorbida por cinco(5) capacitores de 33mf conectados en paralelo para compensar una alimentación de un negocio conectado a la red de 220Vca 50Hz; y seleccionar el calibre de la protección TM y la sección de cable a emplear C) Calcular la impedancia total de un circuito que tiene conectados en serie: una lámpara incandescente de 100w , un capacitor de 50uF y una bobina de 10 Henrios. D) Calcular el valor en mF de un capacitor para compensar una alimentación a un negocio y elevar el cos phi a El consumo medio es de 3kva, la energía activa mensual es de 569 kwh, la energía reactiva es de 865 kvarh E) Calcular el coseno phi de un consumidor conociendo la potencia activa media diaria = 5.69kw durante 8 horas de trabajo diario 5 días de la semana , y el medidor nos indica que la energía reactiva consumida durante el mes fue de 815kvarh. f) Indicar en que porcentaje disminuye la corriente maxima en la acometida de un negocio cuando realizamos la compensación para llevar el cos phi a 0.95, habiendo tomado nota antes de compensar de una energía activa mensual de 425kwh, energía reactiva 625kvarh, y potencia activa pico en el mismo período de 2.85kw Matricula de AIEAS Nª 237/ Autor: M.A.R.F Salta

ARMONICAS Problemas ocasionados por los armónicos Los equipos que utilizan componentes electrónicos de alimentación (controladores de motores de velocidad variable, rectificadores controlados por tiristores) han aumentado considerablemente los problemas provocados por los armónicos en las instalaciones eléctricas. Los armónicos siempre han existido y los provocaban (y siguen provocándolos) las impedancias magnetizantes no lineales de transformadores, reactores, resistencias de lámparas fluorescentes, etc. Los armónicos en sistemas de alimentación trifásicos simétricos suelen ser en general impares: tercero, quinto, séptimo, noveno... y la magnitud disminuye al ir aumentando el orden del armónico. Conociendo las características y singularidades de los diferentes generadores de armónicos se pueden reducir los armónicos a valores insignificantes: la eliminación total casi es imposible. En este apartado, se recomiendan medios prácticos para reducir la influencia de los armónicos, con una referencia particular a las baterías de condensadores. Los condensadores son especialmente sensibles a los componentes armónicos de la tensión suministrada debido al hecho de que la reactancia capacitiva se reduce según va aumentando la frecuencia. En la práctica, esto significa que un porcentaje relativamente pequeño de tensión armónica puede provocar que circule una corriente elevada por el condensador. La presencia de componentes armónicos provoca que se distorsione la forma de onda (normalmente sinusoidal) de tensión o corriente; cuanto mayor sea el contenido de armónicos, mayor será el grado de distorsión. Si la frecuencia de resonancia del conjunto batería de condensadores/inductancia de la red es cercana a un armónico en particular, se producirá una resonancia parcial, con valores amplificados de tensión y corriente en la frecuencia del armónico en cuestión. En este caso, el aumento de corriente provocará el sobrecalentamiento del condensador, con la degradación del dieléctrico, lo que puede provocar la destrucción del condensador. Existen varias soluciones: Filtros pasivos. Filtros activos. Filtros híbridos. Matricula de AIEAS Nª 237/ Autor: M.A.R.F Salta

ARMONICAS Matricula de AIEAS Nª 237/ Autor: M.A.R.F Salta

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