Corrección del factor de potencia

Guiridlian, ClaraGutiérrez, María JoséVenturino, Paola

Introducción

Máquina eléctrica alimentada en CA consume dos tipos de energía: Energía activa: P medida en KW.

Se transforma en por ejemplo, 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 aparenteP = Potencia activaQ = Potencia reactiva

Factor de potencia

Cociente entre P y S

Cos φ = P/S

(cuando la tensión y la corriente son perfectamente senoidales) A más bajo f.d.p. más S es necesario

generar para una P determinada, y deberá ser utilizado un conductor de mayor sección,

Factor de potencia

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

Desventajas del bajo cos φPara el usuario: Aumento de I, lo que repercute en conductores de mayor sección. Perdida en los conductores (caída de tensión). Aumento de potencia en plantas de generación 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 costo de la factura por 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 capacitores o condensadores: consumen potencia reactiva capacitiva que compensa parte o toda de la potencia inductiva. Se colocan, en general, 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.

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.

¿Dónde compensar?

La compensación de una instalación puede realizarse de distintas maneras:

Compensación individualCompensación 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.

Nivel 1

Nivel 2

Nivel 3

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.

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.

Nivel 1

Nivel 2

Nivel 3

Compensación central Existe una batería de condensadores en el inicio de la

instalación interior; proporciona el menor costo de instalación.

Se emplea mayoritariamente en instalaciones de mediana y pequeña dimensión, cuando el objetivo prioritario es únicamente reducir los costos 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.

Nivel 3

Nivel 2

Nivel 1

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 cuantos KVAR a instalar por KW son necesarios para subir el factor de potencia, que luego multiplicándolos 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.

22 )()(cos

hKVARhKW

hKWi

Determinación del nivel de compensación de energía reactiva

A partir del balance de potencia reactiva 1: Listar los receptores instalados sin olvidar los 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.

Equipos industriales o terciarios KSAlumbrado 1Ventilación 1Acondicionamiento del aire 1Hornos 1Tomas de corriente (caso en que n tomas están sobre el mismo circuito) 0.1+ 0.9 nMaquinas- Herramientas 0,75Compresores 0,75

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.

UtilizaciónPotencia

absorvida (kW)

kuPotencia

utilización máx. (kW)

ksPotencia de utilización

(kW) ks

Potencia de utilización

(kW) ks

Potencia de utilización

(kW)

torno 5 0.8 4torno 5 0.8 4torno 5 0.8 4torno 5 0.8 4agujereadora 2 0.8 1.6agujereadora 2 0.8 1.65 tomas 10/16 A 18 1 18 0.2 3.630 fluorescente 3 1 3 1 3compresor 15 0.8 12 1 123 tomas 10/16 A 10.6 1 10.6 0.4 4.310 fluorescente 1 1 1 1 1

venilador 2.5 1 2.5 35ventilador 2.5 1 2.5hornos 15 1 15hornos 15 1 155 tomas 10/16 A 18 1 18 0.28 520 fluorescente 2 1 2 1 2

14.4 Tablero taller A

0.9

Tablero taller B

0.9

Tablero taller C

0.9

58

Taller A

Taller B

Taller C

18.9

15.6

37.8

Tablero general

0.8

Caja de división 0.75

Caja de división 1

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 de carga: En vacío absorbe energía reactiva para sostener el flujo

magnético en el entrehierro. En carga además deberá entregar la potencia reactiva inductiva

absorbida por la red.

Se instala en los bornes del secundario del transformador un condensador fijo de potencia.

Ejercicio