Presentacion - Correcion del factor de potencia julio

Instalaciones Industriales
CORRECCIÓN
DE
POTENCIA 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
S (kVA)
y transformadores.
Q (kVAr)
P (kW)
S = Potencia aparente
P = Potencia activa
Q = Potencia reactiva
provoca sobrecarga sin
producir un trabajo útil
neutralizarla o compensarla.
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)
LOS
CONSUMIDORES DE ENERGÍA REACTIVA
Los motores asíncronos: en proporciones
del 65 al 75% de Q a P.
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).
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
A partir de potencias
A partir de intensidades
P (KW)

Q (KVA)
S (KVA)

Ir
It
It = corriente total que circula por los
conductores.
Ia = corriente activa.
Ir = corriente reactiva necesaria para la
excitación magnética de los receptores.
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
cos 
Factor reducción
misma potencia activa.
1
0,8
0,6
0,4
40%
50%
67%
100%
Aumento de la potencia disponible en la instalación sin ampliar equipos
Disminución de las pérdidas por efecto Joule
Pcu final = cos2  inicial
Pcu inicial
cos2  final
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:
6500 x (1-(0,7/0,98)2)= 3184 W
Instalaciones Industriales 2006
¿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
S= P
cos 
= 500 = 666 kVA
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
I=
P
= 960 A
total de 963 A.
U √3 cos 
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 
1
0,8
0,6
0,4
Factor reducción
100%
90%
80%
60%
Aumento de la potencia que puede
suministrar un transformador
corrigiendo a cos  = 1.
Ejemplo: Instalación con condensador
Característica de la instalación: 500 kW, cos  = 0,928
S=
P = 500 = 539 kVA
cos  0,928
Queda disponible un 12 % más de potencia
El interruptor automático y los cables son elegidos para corriente de
779 A.
I=
P
= 779 A
U √3 cos 
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.

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 
inicial
cos  deseado
0,95
0,75
0,533 [ kVAR
]
kW
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).
Instalaciones Industriales 2006
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
Resto
41350.00
kWh
Valle
2530.00
kWh
0.03800
3.61
Punta
3850.00
kWh
0.03700
196.35
Reactiva
64000.00
kWh
0.05100
2012.61
Energía Consumida
91571.30
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.
Recibo de la compañía eléctrica
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)
396
cos 
tan 
0,6
1,33
0,95
0,33
Q= 121 kVAr
Necesitaremos instalar 120 kVAr.
Debemos, a continuación, determinar el tipo de compensación (global,
parcial, individual o mixta), y el modo de realizarla (compensación fija o
automática).
¿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).
¿Con qué compensar?
Baterías de condensadores
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).
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
Si la carga es estable y continua. Ventajas
• Suprime las penalizaciones por un
La batería es conectada en la
consumo excesivo de energía reactiva.
cabecera de la instalación.
• 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
Nº1En las salidas BT (TGBT)
La corriente reactiva (Ir) circula por
toda la instalación. Las pérdidas por
efecto de Joule en cables no quedan
disminuídas (kWh).
COMPENSACIÓN PARCIAL
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.
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
una reducción del dimensionamiento de
Nº2 A la entrada de cada taller permite
la instalación
COMPENSACIÓN INDIVIDUAL
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).
Nº3 En los bornes de cada
receptor de tipo inductivo
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
Compensación para aumentar la potencia disponible
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 de la energía reactiva absorbida por el transformador.
Transformadores  Requieren energía reactiva para su funcionamiento.
 Conectado por largos períodos de tiempo 
Compensación por condensadores
fijos en los bornes
Impacto
Económico
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
Circuitos de electrónica de potencia
Convertidores
Variadores de velocidad
Los equipos con reactancias saturadas
Rectificadores estáticos
Equipos de soldadura
Hornos de arco
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.
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.