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Esp. Ing. Alejandro Maturano
Esp. Ing. Alejandro Maturano
COMPENSACIÓN
COMPENSACIÓN
DE REACTIVO
DE REACTIVO
Introducción
Introducción
Instituto de Energía Eléctrica
Instituto de Energía Eléctrica
¿Para que nos puede ser útil
¿Para que nos puede ser útil
estudiar compensación de
estudiar compensación de
reactivo?
reactivo?
Energía Activa y Energía Reactiva
Las instalaciones de corriente alterna requieren en general para su funcionamiento de dos
formas de energía:

Energía Activa: (medida en kWh) la cual es convertida en energía mecánica, calor, etc.

Energía Reactiva: (medida en kVArh) la cual se puede presentar en dos formas
Introducción
Introducción
Energía Reactiva
§ La requerida por los circuitos inductivos, como ser los
motores, heladeras, aire acondicionados, lavarropas,
ventiladores, transformadores, lámparas de descarga, etc.
§ La requerida por los circuitos capacitivos, como ser la
capacidad de los cables, condensadores, etc.
Introducción
Introducción
Introducción
Introducción
Las cargas inductivas cíclicamente absorben energía del
sistema (durante la creación de los campos magnético que
necesitan para su funcionamiento) y entregan dicha energía
al sistema (durante la destrucción de los campos
magnéticos), dos veces en cada ciclo.
Esta transferencia de energía entre las cargas y el sistema, provoca el
incremento de la corriente que debe entregar el Sistema de Potencia,
causando mayores pérdidas en los conductores y mayores caídas de tensión.
Por esta razón las compañías eléctricas penalizan el consumo de energía
eléctrica aplicando recargos en la tarifa.
Introducción
Introducción
La potencia eléctrica instantánea entregada por el sistema es:
Para un sistema eléctrico monofásico, sinusoidal puro:
Flujo de potencia en una instalación
Flujo de potencia en una instalación
Otra forma de escribir esta ecuación es:
Flujo de potencia en una instalación
Flujo de potencia en una instalación
Donde:
P: VI cos()= Potencia Activa
Q: VI sen()= Potencia Reactiva
Flujo de potencia en una instalación
Flujo de potencia en una instalación
-El primer término corresponde a la potencia entregada a la carga, es siempre
positiva y su valor medio es la Potencia Activa VI cos  .
- El segundo término es la potencia que oscila entre el sistema y la carga, su
valor medio es nulo, y su valor máximo es la potencia reactiva.
Como se puede ver, la potencia instantánea entregada se compone de dos sumandos: una
potencia oscilante a una frecuencia doble de la fundamental, y una potencia media de valor
VI cos  que realmente nos determina la potencia activa o útil entregada a la carga.
Flujo de potencia en una instalación
Flujo de potencia en una instalación
Instituto de Energía Eléctrica
Instituto de Energía Eléctrica
En un circuito trifásico equilibrado la potencia activa (P), reactiva
(Q) y aparente (S) se expresan como:
Diagramas Vectoriales
Diagramas Vectoriales
Instituto de Energía Eléctrica
Instituto de Energía Eléctrica
Diagramas Vectoriales
Diagramas Vectoriales
Diagramas Vectoriales
Diagramas Vectoriales
Diagrama vectorial de potencias, para una carga Inductiva
Donde,
- V , es la tensión fase-neutro
- I , es la corriente de fase
- Ia = I cos  , es la componente activa de la corriente, componente de la
corriente en fase con la tensión
- Ir = I sen , es la componente reactiva de la corriente, componente de la
corriente desfasada 90° de la tensión.
En este diagrama vectorial se puede apreciar claramente que, para una
potencia activa ( P ) dada, la corriente ( I ) y la potencia aparente ( S ) son
mínimas cuando el ángulo de desfasaje es igual a 0 ( = 0) o lo que es
equivalente cuando el cos  = 1.
Diagramas Vectoriales
Diagramas Vectoriales
Factor de Potencia
Factor de Potencia
El factor de potencia (FP) se define como el cociente entre la
potencia activa y la potencia aparente:
La igualdad entre el FP y el cos  es válida para sistemas
sinusoidales puros, no así cuando existe distorsión armónica en la
instalación.
Factor de Potencia
Factor de Potencia
Tabla con valores aproximados de FP para cargas más comunes:
Factor de Potencia
Factor de Potencia
• Una sub-utilización de la capacidad instalada en equipos electromecánicos, por
una mala planificación y operación en el sistema eléctrico de la industria.
- Motores eléctricos asíncronos sobredimensionados que operan con poca carga o en
vacío
- Transformadores operando con poca carga o en vacío.
- Etc.
Las principales causas de un bajo Factor de Potencia en las instalaciones
eléctricas de baja tensión son:
Presencia de:
- Gran Numero de Motores
- Lámparas fluorescentes o de descarga no compensadas.
- Equipos de refrigeración y aire acondicionado
- Un mal estado físico de la red eléctrica y de los equipos de la industria.
Factor de Potencia
Factor de Potencia
Las principales causas de un bajo Factor de Potencia en las instalaciones
eléctricas de baja tensión son:
Factor de Potencia
Factor de Potencia
Al usuario:
• Aumento de la intensidad de corriente
• Pérdidas en los conductores y fuertes caídas de tensión
• Incrementos de potencia de las plantas, transformadores, reducción de
su vida útil y reducción de la capacidad de conducción de los
conductores
• La temperatura de los conductores aumenta y esto disminuye la vida
de su aislamiento.
• Multas y Recargos en las facturas por bajo factor de potencia
• Necesidad de utilizar cables de mayor calibre
• Disparo sin causa aparente de dispositivos de control
• Etc.
Un bajo Factor de Potencia en la industria produce los siguientes
inconvenientes:
Factor de Potencia
Factor de Potencia
A la empresa distribuidora de energía:
• Mayor inversión en los equipos de generación, ya que su capacidad en
kVA debe ser mayor, para poder entregar esa energía reactiva adicional.
• Mayores capacidades en líneas de transmisión y distribución así como
en transformadores para el transporte y transformación de esta energía
reactiva.
• Elevadas caídas de tensión y baja regulación de voltaje, lo cual puede
afectar la estabilidad de la red eléctrica.
Un bajo Factor de Potencia en la industria produce los siguientes
inconvenientes:
Instituto de Energía Eléctrica
Instituto de Energía Eléctrica
Factor de Potencia
Factor de Potencia
Se puede lograr lo siguiente:
• Disminución de las pérdidas en conductores.
• Reducción de las caídas de tensión.
• Aumento de la disponibilidad de potencia de transformadores, líneas
y generadores.
• Incremento de la vida útil de las instalaciones.
• Reducción de los costos por facturación eléctrica.
• Eliminación del cargo por bajo factor de potencia y bonificaciones.
Beneficios por corregir el Factor de Potencia
Compromiso de los Agentes del MEM
Compromiso de los Agentes del MEM
TRANSPORTISTAS Y DISTRIBUIDORAS TRONCALES
Las concesionarias se comprometerán a mantener la tensión dentro del
rango que especifique el Organismo Encargado del Despacho (OED)
para las barras de la red bajo su responsabilidad y de las inmediatas
adyacentes de menores tensiones sobre las que tengan control de
Tensión. Para condiciones normales en el Sistema de Transporte, el
rango especificado será:
Barras de: Tolerancia admitida
500 kV +/-3%
de 345 hasta 132 kV +/-5%
menores a 132 hasta 66 kV +/-7%
Instituto de Energía Eléctrica
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GENERADORES
El Generador se compromete a mantener la tensión en barras que le solicite el OED.
El cumplimiento de los valores de la Curva de Capacidad está limitado al entorno
del más menos CINCO POR CIENTO (+/- 5%) de la tensión nominal del
generador. En los casos en que estos valores de tensión se alcancen sin haberse
alcanzado el NOVENTA POR CIENTO (90%) o CIEN POR CIENTO (100%) de
la curva de capacidad según corresponda, el generador deberá demostrar que realizó
todas las maniobras posibles para que la tensión se mantenga dentro de ese margen
registrando y moviendo convenientemente los topes del transformador de elevación.
En los casos en que los topes sean conmutables sin tensión se deberá demostrar que
la selección de su posición ha sido seleccionada de común acuerdo con el
transportista para el período estacional que se encuentra vigente (deberá enviar
copia de la correspondencia intercambiada).
Compromiso de los Agentes del MEM
Compromiso de los Agentes del MEM
DISTRIBUIDORES Y GRANDES USUARIOS
Los Distribuidores y Grandes Usuarios deberán comprometer en sus puntos de
interconexión factores de potencia límite con Transportistas, y otros agentes del
MEM que cumplan con dicha función, para horas de pico, valle y restantes
(“valores acordados”). Dichos valores deberán ser informados al OED.
De no haber acuerdo o cuando el valor acordado afecte a un tercero, los “valores
tolerados” que se aceptarán en las interconexiones de Distribuidores y Grandes
Usuarios con dichos agentes serán:
Cos phi = UNO (1) o menor inductivo para horas de valle y resto de días feriados,
Cos phi = CERO COMA NOVENTA Y CINCO (0,95) inductivo o superior
para pico y resto (excepto resto de días feriados).
Compromiso de los Agentes del MEM
Compromiso de los Agentes del MEM
Recargos en la tarifa de
energía (Usuarios de
Energía San Juan)
Las compañías eléctricas
penalizan el consumo de
energía reactiva con el objeto
de incentivar su corrección.
Compromiso de los Agentes del MEM
Compromiso de los Agentes del MEM
Instituto de Energía Eléctrica
Instituto de Energía Eléctrica
Recargo
Cuando la energía reactiva inductiva consumida en un período de
facturación supere el 62% (Tg  > 0,62) de la energía activa
consumida en el mismo período, cada KVArh en exceso del 62% de
la energía activa, se facturará al precio que se define en el cuadro
tarifario respectivo.
Compromiso de los Agentes del MEM
Compromiso de los Agentes del MEM
Instituto de Energía Eléctrica
Instituto de Energía Eléctrica
Reducción de las pérdidas por efecto Joule
La compensación de la energía reactiva permite la reducción de las
pérdidas Joule en los conductores y transformadores. Además estas
pérdidas son contabilizadas como energía activa consumida (kWh) por el
Contador de la Compañía Eléctrica, por lo que se traduce también en
una reducción en los costos.
Compensación
Compensación
Ventajas de la Compensación
Ventajas de la Compensación
Si se compensa el
factor de potencia a
cos 2, la corriente
consumida será:
Se representa una carga trifásica que en condiciones iniciales consume una
P1, una Q1 y un cos 1. La U1 es la tensión de alimentación y U2 la tensión
en la carga. La corriente consumida por la carga será:
Compensación
Compensación
Por lo tanto al compensar:
I2<I1 (menos perdidas por Efecto Joule)
Cos 2 > Cos 1 (No me penalizan)
U2’ > U2 (Se reduce la caída de tensión)
Compensación
Compensación
Ahora si denominamos RL a la resistencia por fase del cable de
alimentación, las pérdidas totales en el cable de alimentación serán:
Se puede utilizar la siguiente fórmula para evaluar la disminución de
pérdidas en función del cosj de la instalación:
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Compensación
Compensación
Instituto de Energía Eléctrica
Instituto de Energía Eléctrica
Métodos de Compensación del Factor de Potencia
Los Métodos de Compensación (o también llamados Tipos de
Compensación ) del Factor de Potencia utilizados en las instalaciones
eléctricas de baja tensión son:
- Instalar Condensadores de Potencia en
paralelo con la carga inductiva a compensar.
- Utilizar máquinas sincrónicas de gran
potencia trabajando como generadores de
potencia reactiva.
Utilizar máquinas sincrónicas
Pueden funcionar como generadores de potencia reactiva, ya sea accionando
cargas mecánicas o funcionando en vacío, siendo en este último caso conocidos
como capacitores sincrónicos. La generación de potencia reactiva depende de la
excitación, necesitando ser sobreexcitados para poder satisfacer sus propias
necesidades de energía reactiva y entregar a su vez energía reactiva al sistema.
Métodos de Compensación del Factor de Potencia
Este tipo de compensación no es muy utilizada, se utiliza sólo en el caso de que
existan en la instalación motores sincrónicos de gran potencia (mayores a 200
HP) que funcionan por largos períodos de tiempo.
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Instalación de Condensadores de Potencia
Este método es el que se utiliza en la actualidad en la mayoría de las
instalaciones dado que es más económico y permite una mayor
flexibilidad, y es el que estudiaremos en detalle en este curso.
Métodos de Compensación del Factor de Potencia
Ubicación de los Condensadores
Ubicación de los Condensadores
En principio los
condensadores pueden ser
instalados en cuatro
posiciones bien definidas
de una instalación eléctrica:
Ubicación de los Condensadores
Ubicación de los Condensadores
C1 - Compensación individual
Una compensación individual es conveniente
para grandes cargas con potencia constante
conectados durante largos periodos.
Tiene la gran ventaja de que circula una corriente
menor por los cables de acometida de los
consumidores. Con frecuencia, los
condensadores pueden conectarse a los bornes de
cada uno de las cargas y, por lo tanto, se conecta
y desconecta simultáneamente el conjunto con el
mismo aparato de maniobra. Los capacitores son
puestos en servicio sólo cuando el motor está
trabajando y además El uso de un arrancador
proporciona control semiautomático para los
capacitores.
Ubicación de los Condensadores
Ubicación de los Condensadores
C1 - Compensación individual
Ventajas:
-Suprime las penalizaciones por consumo excesivo de energía
reactiva.
- Se reducen las pérdidas por efecto joule en los conductores.
-Se reducen las caídas de tensión.
- Se optimiza la instalación ya que la potencia y corriente
reactiva no circula por la misma, sino que es suministrada por
el Condensador que está en paralelo con la carga.
-Descarga el transformador de potencia.
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C1 - Compensación individual
Desventajas
- En instalaciones complejas presenta principalmente la
desventaja de un elevado costo de instalación y
mantenimiento.
- Existe subutilización para aquellos capacitares que no son
usados con frecuencia
- Esta solución es utilizada para aquellas cargas de consumo
constante y con muchas horas de servicio.
Ubicación de los Condensadores
Ubicación de los Condensadores
Ubicación de los Condensadores
Ubicación de los Condensadores
C2 – Compensación parcial por grupos
En la compensación por grupos, el equipamiento
de compensación se asigna a un grupo de cargas.
Estas cargas pueden ser motores o bien lámparas
fluorescentes que se conectan a la red en conjunto
por medio de un contactor o interruptor
automático.
En este caso los Condensadores se instalan en
tableros de distribución secundarios o Centros de
Control de Motores (CCM).
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Ubicación de los Condensadores
Ubicación de los Condensadores
C2 – Compensación parcial por grupos
Representa una solución intermedia, cuando se
tienen tableros secundarios o CCM, que alimentan
muchas cargas inductivas de igual potencia y que
operan simultáneamente, donde no se justifica una
compensación individual. La compensación se hace
por medio de un banco de capacitores en común.
Ubicación de los Condensadores
Ubicación de los Condensadores
C2 – Compensación parcial por grupos
Ventajas:
- Suprime las penalizaciones por consumo excesivo de energía
reactiva.
- Se optimiza una parte de la instalación, ya que la potencia y
corriente reactiva no circula por los cables de alimentación de
estos tableros secundarios.
- Se reducen las pérdidas por efecto joule en los cables de
alimentación de estos tableros.
-Descarga el transformador de potencia.
Si las cargas tienen una variación importante en el consumo,
se debe utilizar una compensación del tipo automática.
Ubicación de los Condensadores
Ubicación de los Condensadores
C2 – Compensación parcial por grupos
Si las cargas tienen una variación importante en el consumo,
se debe utilizar una compensación del tipo automática.
Desventaja: Menor liberación del sistema con respecto al
esquema individual.
Ubicación de los Condensadores
Ubicación de los Condensadores
C3 – Compensación global centralizada
Se instalan en el tablero general de baja tensión. Para
la compensación centralizada se emplean, por lo
general, unidades automáticas de regulación de energía
reactiva, las que se conectan directamente a un cuadro
o tablero principal o secundario de distribución.
Es una instalación más simple, centralizada y no
interfiere con las cargas en el mantenimiento.
Ubicación de los Condensadores
Ubicación de los Condensadores
C3 – Compensación global centralizada
Ventajas:
-Suprime las penalizaciones por consumo excesivo de
energía reactiva.
-Se ajusta la potencia aparente S (kVA) a la necesidad
real de la instalación.
-Descarga el transformador de potencia.
- Un equipo de compensación es fácilmente controlable
debido a su posición central
Ubicación de los Condensadores
Ubicación de los Condensadores
C3 – Compensación global centralizada
Ventajas:
- Es relativamente sencillo realizar un montaje posterior
del equipamiento, o su eventual ampliación.
- La potencia reactiva suministrada por los
condensadores se ajusta por pasos al requerimiento de
potencia reactiva de las cargas.
- Con frecuencia, en función del factor de
simultaneidad, la potencia reactiva capacitiva a instalar
es menor que en el caso de una compensación
individual.
Ubicación de los Condensadores
Ubicación de los Condensadores
C3 – Compensación global centralizada
Desventajas
Se requiere de un regulador automático del banco para
compensar según las necesidades cada momento.
La sobrecarga no se reduce en la fuente principal ni en
las líneas de distribución.
Ubicación de los Condensadores
Ubicación de los Condensadores
C4 – Compensación en media tensión
En este caso los cargas se instalan del lado de media tensión;
es posible siempre que la instalación se alimente de la Red
Pública de Distribución en media tensión.
No es una solución muy utilizada en las instalaciones, salvo
en instalaciones industriales importantes.
Presenta esencialmente las siguientes desventajas:
- No libera capacidad en el transformador de potencia.
- No reduce las pérdidas por efecto joule.
- Exige un elemento de protección y maniobra de media
tensión.
- Es más cara.
Ubicación de los Condensadores
Ubicación de los Condensadores
La solución óptima requiere en cada caso
de un estudio técnico y económico,
teniendo en cuenta las características de
la instalación y el objetivo buscado.
En muchos casos lo más conveniente es
adoptar soluciones mixtas, como la
compensación individual para cargas
constantes (por ejemplo: lámparas
fluorescentes y de descarga, motores de
gran potencia y que funcionan muchas
horas), y una compensación automática
centralizada o parcial por grupos para el
resto de la instalación.
Tipos de Compensación
Tipos de Compensación
Compensación Fija
Consta de una o más baterías de condensadores que suministran un valor
constante de potencia reactiva. Los condensadores pueden ser comandados
mediante interruptores, contactores, o conectados directamente a los bornes
de la carga inductiva.
Tipos de Compensación
Tipos de Compensación
Compensación Automática
En general se trata de un banco de varios pasos, los
cuales son controlados según la variación del factor de
potencia de la instalación por un relé varimétrico. Cada
paso del banco está conformado por un elemento de
protección (interruptor automático o fusible), un
elemento de maniobra (Contactor) y una batería de
condensadores trifásica. El relé varimétrico mide el
factor de potencia de la instalación y conecta los pasos
mediante los Contactores de maniobra.
Este método es muy utilizado para una Compensación
Global centralizada en el tablero general.
Compensación de Motores Asíncronos
El FP de un motor asíncrono es bueno
a plena carga, generalmente entre un
80 y 90 %, dependiendo de la
velocidad y del tipo de motor.
Sin embargo, para cargas pequeñas el
factor de potencia disminuye
rápidamente, llegando a ser del 10 al
15% en vacío.
Esto se debe a que la potencia reactiva
consumida por el motor es
prácticamente constante, mientras que
la potencia activa es proporcional a la
carga.
Compensación de Motores Asíncronos
Compensación con Condensadores conectados en bornes del motor
Esta característica de los motores (potencia
reactiva consumida prácticamente
constante), permite la utilización de
condensadores fijos conectados en paralelo
en bornes del motor (figura a) para la
compensación del factor de potencia.
En dicha conexión en bornes del motor se
deben tomar ciertas precauciones
Compensación de Motores Asíncronos
Fenómeno de auto-excitación
Cuando un motor se desconecta de la red, debido a la
inercia de su carga continua girando, y el campo
remanente del rotor genera una tensión en bornes del
estator que normalmente cae a cero en 2 o 3 ciclos, en
el caso de un motor no compensado.
En el caso en que se instala un condensador conectado
directamente en los bornes del motor, este suministra
corrientes capacitivas al estator que generan un campo
magnético giratorio que se suma al campo remanente
del rotor, incrementando la tensión en bornes del
estator, pudiendo alcanzar tensiones elevadas.
Compensación de Motores Asíncronos
Fenómeno de auto-excitación
Se dan tablas que indican la máxima potencia
reactiva a instalar en bornes del motor, según la
tensión nominal, la potencia nominal y la velocidad
del motor, sin riesgo de auto-excitación:
Donde,
Qc: potencia de la batería de condensadores
I0 , corriente en vacío del motor
Un , tensión nominal
Compensación de Motores Asíncronos
Fenómeno de auto-excitación
Otra forma de evitar el fenómeno de
autoexcitación es utilizar un
comando independiente para el
Condensador, y que el Condensador sea
conectado después que arranque el motor,
y desconectarlo antes que el motor
(figura b)
Compensación de Motores Asíncronos
Fenómeno de auto-excitación
Nueva regulación del relé térmico de protección del motor
-Se debe tener en cuenta que después de realizar la compensación con un
condensador fijo conectado a los bornes del motor, la corriente eficaz que
circula por el conjunto motor-condensador será menor que antes, por lo que se
deberá ajustar el ajuste térmico de la protección del motor.
- En los casos de motores que arranquen con un arrancador de tensión reducida
(arranque estrella triángulo, autotransformador, sofstart u otro) siempre se debe
utilizar un comando independiente para el Condensador, y el Condensador debe
ser conectado después que arranque el motor, y desconectarlo antes que el
motor (figura b).
Compensación de Transformadores de Potencia
Los transformadores de potencia consumen una potencia reactiva que se
compone de:
- La potencia reactiva consumida en vacío, debido a la reactancia magnetizante
del transformador. Esta potencia es aproximadamente constante con la carga y
tiene un valor de 1,8 a 2,5% de la potencia nominal del transformador para
transformadores de MT/BT.
-La potencia reactiva absorbida por la reactancia serie del transformador.
Esto se puede visualizar en el diagrama equivalente del transformador:
Compensación de Transformadores de Potencia
A continuación presentamos una tabla con valores típicos de potencia
reactiva consumida por transformadores de diferentes potencias:
Compensación de Transformadores de Potencia
Compensación de Transformadores de Potencia
En el caso de que la medida de energía de la Compañía Eléctrica sea
realizada del lado de media tensión del transformador (contrato de energía
en media tensión con subestación transformadora propia), la potencia
reactiva del transformador debe ser tenida en cuenta, ya que la compañía
estará midiendo la potencia reactiva de las cargas más la del transformador.
En estos casos se puede sobrecompensar la instalación instalando
condensadores del lado de baja tensión, para compensar con ellos la
potencia reactiva del transformador y la potencia reactiva de las cargas.
Pero se debe tener la precaución de evitar sobretensiones en condiciones de
poca carga; cuando el transformador trabaje con poca carga circulará por el
transformador una corriente capacitiva que elevará la tensión en bornes del
secundario.
Compensación de Transformadores de Potencia
Como guía, cuando se instala un Banco de Condensadores en una instalación
que cuenta con un transformador de alimentación de MT/BT, se recomienda
que la potencia reactiva fija instalada no supere el 15% de la potencia nominal
aparente del transformador.
Compensación de Transformadores de Potencia
Diagramas Vectoriales
Diagramas Vectoriales
Por ejemplo, los transformadores son diseñados por la potencia nominal aparente
SN. El mejor aprovechamiento de la capacidad del transformador se obtiene
cuando el factor de potencia es igual a la unidad, en ese caso toda su potencia
aparente es aprovechada como potencia activa. Cuando el factor de potencia es
bajo, sólo una fracción de la potencia aparente es aprovechada como potencia
activa.
Cálculo de la Potencia Reactiva a Compensar
Para el cálculo de la potencia reactiva que es necesario compensar se debe
determinar previamente:
- Potencia Activa (P)
- Factor de Potencia de la instalación (cos  1),
- Factor de Potencia que se quiera lograr (cos  2),
La potencia reactiva a compensar (QC) vendrá dada por la fórmula:
Cálculo de la Potencia Reactiva a Compensar
Formula comúnmente utilizada
CLASES DE COMPENSACION de reactivo  .ppt
Cálculo de la Potencia Reactiva a Compensar
Para realizar el estudio de la potencia reactiva que es necesario compensar se
distinguen dos casos:
-Cuando se está en la etapa de proyecto de la instalación.
- Cuando la instalación ya está en funcionamiento y se quiere mejorar el
factor de potencia de la instalación.
Cálculo de la Potencia Reactiva a Compensar
a) Instalación en etapa de proyecto
Para hacer una evaluación de la potencia reactiva
que consumirá instalación, se debe disponer de
todos los datos de las cargas
- Potencia Activa
- Potencia Reactiva,
- Factores de Utilización y Simultaneidad
Que nos permita determinar las potencias activas y
reactivas globales en cada nivel que se quiera
compensar.
Cálculo de la Potencia Reactiva a Compensar
a) Instalación en etapa de proyecto
También se debe tener en cuenta la posibilidad de compensar en forma
individual aquellas cargas como lámparas de descarga o fluorescentes, y
motores importantes que funcionen por largos períodos de tiempo a carga
constante.
Cálculo de la Potencia Reactiva a Compensar
b) Instalación en funcionamiento
Se pueden emplear diversos métodos para la
determinación de la potencia reactiva a compensar.
- Utilizando registradores para medir energías o
potencias activa y reactiva Instalando registradores
que permitan medir las energías o potencias activa
y reactiva en diferentes puntos de la instalación.
Este es el método más completo de todos y puede
dar mucha más información de la necesaria para
diseñar la potencia de las baterías de
condensadores a instalar.
Cálculo de la Potencia Reactiva a Compensar
b) Instalación en funcionamiento
En el caso de instalaciones que tienen un
consumo variable en el día y en el mes, como
puede ser en la industria por estar asociado a la
producción, se deben realizar registros en
distintos horarios y días para poder relevar las
curvas de carga de consumos P y Q.
En el caso de instalaciones con un consumo
aproximadamente constante, alcanzará con tomar
algunas pocas medidas con una pinza vatimétrica,
midiendo potencia activa, tensión y corriente.
Cálculo de la Potencia Reactiva a Compensar
Utilizando el recibo de las energías consumidas en el mes
En el recibo de las Compañías Eléctricas (UTE) se obtienen los consumos
mensuales de energía activa (Ea) y energía reactiva (Er).
A partir de los recibos de varios meses (6 o 12 meses es lo usual) se pueden
obtener los valores medios de energía activa y reactiva, y determinar la
potencia reactiva media como:
Cálculo de la Potencia Reactiva a Compensar
Donde,
Qc = [kVAr ], es la potencia reactiva media a instalar
Er = [kVArh] , es el valor medio de la energía reactiva consumida en el mes
Ea = [kWh], es el valor medio de la energía activa consumida en el mes
 2, es el ángulo correspondiente al factor de potencia al que se quiere
compensar.
t , es el tiempo total de horas que realmente existe consumo al mes, que equivale
a la cantidad de días de trabajo al mes x la cantidad de horas diarias de trabajo.
Con este método se obtiene un valor medio de la potencia reactiva a
compensar, y por lo tanto es apropiado para aquellas instalaciones que
tienen un consumo aproximadamente constante.
Dispositivos de maniobra (Contactores)
La conexión de los condensadores de potencia produce elevadas corrientes de
conexión transitorias.
En el caso de compensación individual, la corriente de cresta de conexión puede
alcanzar valores de hasta 30 veces la corriente nominal del condensador. En
bancos automáticos de varios pasos, la corriente de conexión proviene no sólo
de la red, sino especialmente, de los condensadores que ya están conectados. En
este caso los valores de la corriente de cresta pueden alcanzar fácilmente valores
de hasta 180 a 200 veces la corriente nominal.
Estas elevadas corrientes pueden dañar tanto los contactos de los contactores
como los condensadores y las oscilaciones de tensión asociadas, pueden
provocar problemas en otros circuitos de la instalación.
Para evitar esto se deben utilizar Contactores especiales
para maniobra de condensadores; estos contactores son
diseñados especialmente para reducir las corrientes de
conexión transitorias. Los mismos cuentan con
contactos auxiliares de precierre y resistencias de
amortiguación. Estos contactos se cierran antes de los
de potencia, y la corriente de cresta es fuertemente
limitada por las resistencias. Luego se cierran los
contactos principales, dejando de actuar las resistencias
durante el funcionamiento normal.
Dispositivos de maniobra (Contactores)
Baterías de Condensadores de Potencia
Los Condensadores de potencia, se caracterizan por:
-Un , tensión eficaz nominal de línea (V)
-fn , frecuencia nominal (Hz)
-Qn , potencia reactiva entregada a tensión y frecuencia nominal (kVAr)
-In, corriente nominal (A)
Donde la corriente por un condensador sería (sen (90º)=1)
La potencia reactiva entregada por UN condensador varía con la tensión
y la frecuencia:
Baterías de Condensadores de Potencia
- Para tensiones por debajo de 500 V, se recomienda colocar batería de
condensadores en triangulo, así la capacidad de cada condensador es
menor y su pecio es menor.
- Para tensiones superiores a 500 V, se recomienda batería de
condensadores en estrella, pues así soporta una tensión más baja que si
se conectara en triangulo,
CLASES DE COMPENSACION de reactivo  .ppt
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CLASES DE COMPENSACION de reactivo .ppt

  • 1. Esp. Ing. Alejandro Maturano Esp. Ing. Alejandro Maturano COMPENSACIÓN COMPENSACIÓN DE REACTIVO DE REACTIVO
  • 2. Introducción Introducción Instituto de Energía Eléctrica Instituto de Energía Eléctrica ¿Para que nos puede ser útil ¿Para que nos puede ser útil estudiar compensación de estudiar compensación de reactivo? reactivo?
  • 3. Energía Activa y Energía Reactiva Las instalaciones de corriente alterna requieren en general para su funcionamiento de dos formas de energía:  Energía Activa: (medida en kWh) la cual es convertida en energía mecánica, calor, etc.  Energía Reactiva: (medida en kVArh) la cual se puede presentar en dos formas Introducción Introducción
  • 4. Energía Reactiva § La requerida por los circuitos inductivos, como ser los motores, heladeras, aire acondicionados, lavarropas, ventiladores, transformadores, lámparas de descarga, etc. § La requerida por los circuitos capacitivos, como ser la capacidad de los cables, condensadores, etc. Introducción Introducción
  • 5. Introducción Introducción Las cargas inductivas cíclicamente absorben energía del sistema (durante la creación de los campos magnético que necesitan para su funcionamiento) y entregan dicha energía al sistema (durante la destrucción de los campos magnéticos), dos veces en cada ciclo.
  • 6. Esta transferencia de energía entre las cargas y el sistema, provoca el incremento de la corriente que debe entregar el Sistema de Potencia, causando mayores pérdidas en los conductores y mayores caídas de tensión. Por esta razón las compañías eléctricas penalizan el consumo de energía eléctrica aplicando recargos en la tarifa. Introducción Introducción
  • 7. La potencia eléctrica instantánea entregada por el sistema es: Para un sistema eléctrico monofásico, sinusoidal puro: Flujo de potencia en una instalación Flujo de potencia en una instalación
  • 8. Otra forma de escribir esta ecuación es: Flujo de potencia en una instalación Flujo de potencia en una instalación
  • 9. Donde: P: VI cos()= Potencia Activa Q: VI sen()= Potencia Reactiva Flujo de potencia en una instalación Flujo de potencia en una instalación -El primer término corresponde a la potencia entregada a la carga, es siempre positiva y su valor medio es la Potencia Activa VI cos  . - El segundo término es la potencia que oscila entre el sistema y la carga, su valor medio es nulo, y su valor máximo es la potencia reactiva.
  • 10. Como se puede ver, la potencia instantánea entregada se compone de dos sumandos: una potencia oscilante a una frecuencia doble de la fundamental, y una potencia media de valor VI cos  que realmente nos determina la potencia activa o útil entregada a la carga. Flujo de potencia en una instalación Flujo de potencia en una instalación
  • 11. Instituto de Energía Eléctrica Instituto de Energía Eléctrica En un circuito trifásico equilibrado la potencia activa (P), reactiva (Q) y aparente (S) se expresan como: Diagramas Vectoriales Diagramas Vectoriales
  • 12. Instituto de Energía Eléctrica Instituto de Energía Eléctrica Diagramas Vectoriales Diagramas Vectoriales
  • 13. Diagramas Vectoriales Diagramas Vectoriales Diagrama vectorial de potencias, para una carga Inductiva Donde, - V , es la tensión fase-neutro - I , es la corriente de fase - Ia = I cos  , es la componente activa de la corriente, componente de la corriente en fase con la tensión - Ir = I sen , es la componente reactiva de la corriente, componente de la corriente desfasada 90° de la tensión.
  • 14. En este diagrama vectorial se puede apreciar claramente que, para una potencia activa ( P ) dada, la corriente ( I ) y la potencia aparente ( S ) son mínimas cuando el ángulo de desfasaje es igual a 0 ( = 0) o lo que es equivalente cuando el cos  = 1. Diagramas Vectoriales Diagramas Vectoriales
  • 15. Factor de Potencia Factor de Potencia El factor de potencia (FP) se define como el cociente entre la potencia activa y la potencia aparente: La igualdad entre el FP y el cos  es válida para sistemas sinusoidales puros, no así cuando existe distorsión armónica en la instalación.
  • 16. Factor de Potencia Factor de Potencia Tabla con valores aproximados de FP para cargas más comunes:
  • 17. Factor de Potencia Factor de Potencia • Una sub-utilización de la capacidad instalada en equipos electromecánicos, por una mala planificación y operación en el sistema eléctrico de la industria. - Motores eléctricos asíncronos sobredimensionados que operan con poca carga o en vacío - Transformadores operando con poca carga o en vacío. - Etc. Las principales causas de un bajo Factor de Potencia en las instalaciones eléctricas de baja tensión son:
  • 18. Presencia de: - Gran Numero de Motores - Lámparas fluorescentes o de descarga no compensadas. - Equipos de refrigeración y aire acondicionado - Un mal estado físico de la red eléctrica y de los equipos de la industria. Factor de Potencia Factor de Potencia Las principales causas de un bajo Factor de Potencia en las instalaciones eléctricas de baja tensión son:
  • 19. Factor de Potencia Factor de Potencia Al usuario: • Aumento de la intensidad de corriente • Pérdidas en los conductores y fuertes caídas de tensión • Incrementos de potencia de las plantas, transformadores, reducción de su vida útil y reducción de la capacidad de conducción de los conductores • La temperatura de los conductores aumenta y esto disminuye la vida de su aislamiento. • Multas y Recargos en las facturas por bajo factor de potencia • Necesidad de utilizar cables de mayor calibre • Disparo sin causa aparente de dispositivos de control • Etc. Un bajo Factor de Potencia en la industria produce los siguientes inconvenientes:
  • 20. Factor de Potencia Factor de Potencia A la empresa distribuidora de energía: • Mayor inversión en los equipos de generación, ya que su capacidad en kVA debe ser mayor, para poder entregar esa energía reactiva adicional. • Mayores capacidades en líneas de transmisión y distribución así como en transformadores para el transporte y transformación de esta energía reactiva. • Elevadas caídas de tensión y baja regulación de voltaje, lo cual puede afectar la estabilidad de la red eléctrica. Un bajo Factor de Potencia en la industria produce los siguientes inconvenientes:
  • 21. Instituto de Energía Eléctrica Instituto de Energía Eléctrica Factor de Potencia Factor de Potencia Se puede lograr lo siguiente: • Disminución de las pérdidas en conductores. • Reducción de las caídas de tensión. • Aumento de la disponibilidad de potencia de transformadores, líneas y generadores. • Incremento de la vida útil de las instalaciones. • Reducción de los costos por facturación eléctrica. • Eliminación del cargo por bajo factor de potencia y bonificaciones. Beneficios por corregir el Factor de Potencia
  • 22. Compromiso de los Agentes del MEM Compromiso de los Agentes del MEM TRANSPORTISTAS Y DISTRIBUIDORAS TRONCALES Las concesionarias se comprometerán a mantener la tensión dentro del rango que especifique el Organismo Encargado del Despacho (OED) para las barras de la red bajo su responsabilidad y de las inmediatas adyacentes de menores tensiones sobre las que tengan control de Tensión. Para condiciones normales en el Sistema de Transporte, el rango especificado será: Barras de: Tolerancia admitida 500 kV +/-3% de 345 hasta 132 kV +/-5% menores a 132 hasta 66 kV +/-7%
  • 23. Instituto de Energía Eléctrica Instituto de Energía Eléctrica GENERADORES El Generador se compromete a mantener la tensión en barras que le solicite el OED. El cumplimiento de los valores de la Curva de Capacidad está limitado al entorno del más menos CINCO POR CIENTO (+/- 5%) de la tensión nominal del generador. En los casos en que estos valores de tensión se alcancen sin haberse alcanzado el NOVENTA POR CIENTO (90%) o CIEN POR CIENTO (100%) de la curva de capacidad según corresponda, el generador deberá demostrar que realizó todas las maniobras posibles para que la tensión se mantenga dentro de ese margen registrando y moviendo convenientemente los topes del transformador de elevación. En los casos en que los topes sean conmutables sin tensión se deberá demostrar que la selección de su posición ha sido seleccionada de común acuerdo con el transportista para el período estacional que se encuentra vigente (deberá enviar copia de la correspondencia intercambiada). Compromiso de los Agentes del MEM Compromiso de los Agentes del MEM
  • 24. DISTRIBUIDORES Y GRANDES USUARIOS Los Distribuidores y Grandes Usuarios deberán comprometer en sus puntos de interconexión factores de potencia límite con Transportistas, y otros agentes del MEM que cumplan con dicha función, para horas de pico, valle y restantes (“valores acordados”). Dichos valores deberán ser informados al OED. De no haber acuerdo o cuando el valor acordado afecte a un tercero, los “valores tolerados” que se aceptarán en las interconexiones de Distribuidores y Grandes Usuarios con dichos agentes serán: Cos phi = UNO (1) o menor inductivo para horas de valle y resto de días feriados, Cos phi = CERO COMA NOVENTA Y CINCO (0,95) inductivo o superior para pico y resto (excepto resto de días feriados). Compromiso de los Agentes del MEM Compromiso de los Agentes del MEM
  • 25. Recargos en la tarifa de energía (Usuarios de Energía San Juan) Las compañías eléctricas penalizan el consumo de energía reactiva con el objeto de incentivar su corrección. Compromiso de los Agentes del MEM Compromiso de los Agentes del MEM
  • 26. Instituto de Energía Eléctrica Instituto de Energía Eléctrica Recargo Cuando la energía reactiva inductiva consumida en un período de facturación supere el 62% (Tg  > 0,62) de la energía activa consumida en el mismo período, cada KVArh en exceso del 62% de la energía activa, se facturará al precio que se define en el cuadro tarifario respectivo. Compromiso de los Agentes del MEM Compromiso de los Agentes del MEM
  • 27. Instituto de Energía Eléctrica Instituto de Energía Eléctrica Reducción de las pérdidas por efecto Joule La compensación de la energía reactiva permite la reducción de las pérdidas Joule en los conductores y transformadores. Además estas pérdidas son contabilizadas como energía activa consumida (kWh) por el Contador de la Compañía Eléctrica, por lo que se traduce también en una reducción en los costos. Compensación Compensación
  • 28. Ventajas de la Compensación Ventajas de la Compensación Si se compensa el factor de potencia a cos 2, la corriente consumida será: Se representa una carga trifásica que en condiciones iniciales consume una P1, una Q1 y un cos 1. La U1 es la tensión de alimentación y U2 la tensión en la carga. La corriente consumida por la carga será:
  • 29. Compensación Compensación Por lo tanto al compensar: I2<I1 (menos perdidas por Efecto Joule) Cos 2 > Cos 1 (No me penalizan) U2’ > U2 (Se reduce la caída de tensión)
  • 30. Compensación Compensación Ahora si denominamos RL a la resistencia por fase del cable de alimentación, las pérdidas totales en el cable de alimentación serán: Se puede utilizar la siguiente fórmula para evaluar la disminución de pérdidas en función del cosj de la instalación:
  • 31. Instituto de Energía Eléctrica Instituto de Energía Eléctrica Compensación Compensación
  • 32. Instituto de Energía Eléctrica Instituto de Energía Eléctrica Métodos de Compensación del Factor de Potencia Los Métodos de Compensación (o también llamados Tipos de Compensación ) del Factor de Potencia utilizados en las instalaciones eléctricas de baja tensión son: - Instalar Condensadores de Potencia en paralelo con la carga inductiva a compensar. - Utilizar máquinas sincrónicas de gran potencia trabajando como generadores de potencia reactiva.
  • 33. Utilizar máquinas sincrónicas Pueden funcionar como generadores de potencia reactiva, ya sea accionando cargas mecánicas o funcionando en vacío, siendo en este último caso conocidos como capacitores sincrónicos. La generación de potencia reactiva depende de la excitación, necesitando ser sobreexcitados para poder satisfacer sus propias necesidades de energía reactiva y entregar a su vez energía reactiva al sistema. Métodos de Compensación del Factor de Potencia Este tipo de compensación no es muy utilizada, se utiliza sólo en el caso de que existan en la instalación motores sincrónicos de gran potencia (mayores a 200 HP) que funcionan por largos períodos de tiempo.
  • 34. Instituto de Energía Eléctrica Instituto de Energía Eléctrica Instalación de Condensadores de Potencia Este método es el que se utiliza en la actualidad en la mayoría de las instalaciones dado que es más económico y permite una mayor flexibilidad, y es el que estudiaremos en detalle en este curso. Métodos de Compensación del Factor de Potencia
  • 35. Ubicación de los Condensadores Ubicación de los Condensadores En principio los condensadores pueden ser instalados en cuatro posiciones bien definidas de una instalación eléctrica:
  • 36. Ubicación de los Condensadores Ubicación de los Condensadores C1 - Compensación individual Una compensación individual es conveniente para grandes cargas con potencia constante conectados durante largos periodos. Tiene la gran ventaja de que circula una corriente menor por los cables de acometida de los consumidores. Con frecuencia, los condensadores pueden conectarse a los bornes de cada uno de las cargas y, por lo tanto, se conecta y desconecta simultáneamente el conjunto con el mismo aparato de maniobra. Los capacitores son puestos en servicio sólo cuando el motor está trabajando y además El uso de un arrancador proporciona control semiautomático para los capacitores.
  • 37. Ubicación de los Condensadores Ubicación de los Condensadores C1 - Compensación individual Ventajas: -Suprime las penalizaciones por consumo excesivo de energía reactiva. - Se reducen las pérdidas por efecto joule en los conductores. -Se reducen las caídas de tensión. - Se optimiza la instalación ya que la potencia y corriente reactiva no circula por la misma, sino que es suministrada por el Condensador que está en paralelo con la carga. -Descarga el transformador de potencia.
  • 38. Instituto de Energía Eléctrica Instituto de Energía Eléctrica C1 - Compensación individual Desventajas - En instalaciones complejas presenta principalmente la desventaja de un elevado costo de instalación y mantenimiento. - Existe subutilización para aquellos capacitares que no son usados con frecuencia - Esta solución es utilizada para aquellas cargas de consumo constante y con muchas horas de servicio. Ubicación de los Condensadores Ubicación de los Condensadores
  • 39. Ubicación de los Condensadores Ubicación de los Condensadores C2 – Compensación parcial por grupos En la compensación por grupos, el equipamiento de compensación se asigna a un grupo de cargas. Estas cargas pueden ser motores o bien lámparas fluorescentes que se conectan a la red en conjunto por medio de un contactor o interruptor automático. En este caso los Condensadores se instalan en tableros de distribución secundarios o Centros de Control de Motores (CCM).
  • 40. Instituto de Energía Eléctrica Instituto de Energía Eléctrica Ubicación de los Condensadores Ubicación de los Condensadores C2 – Compensación parcial por grupos Representa una solución intermedia, cuando se tienen tableros secundarios o CCM, que alimentan muchas cargas inductivas de igual potencia y que operan simultáneamente, donde no se justifica una compensación individual. La compensación se hace por medio de un banco de capacitores en común.
  • 41. Ubicación de los Condensadores Ubicación de los Condensadores C2 – Compensación parcial por grupos Ventajas: - Suprime las penalizaciones por consumo excesivo de energía reactiva. - Se optimiza una parte de la instalación, ya que la potencia y corriente reactiva no circula por los cables de alimentación de estos tableros secundarios. - Se reducen las pérdidas por efecto joule en los cables de alimentación de estos tableros. -Descarga el transformador de potencia. Si las cargas tienen una variación importante en el consumo, se debe utilizar una compensación del tipo automática.
  • 42. Ubicación de los Condensadores Ubicación de los Condensadores C2 – Compensación parcial por grupos Si las cargas tienen una variación importante en el consumo, se debe utilizar una compensación del tipo automática. Desventaja: Menor liberación del sistema con respecto al esquema individual.
  • 43. Ubicación de los Condensadores Ubicación de los Condensadores C3 – Compensación global centralizada Se instalan en el tablero general de baja tensión. Para la compensación centralizada se emplean, por lo general, unidades automáticas de regulación de energía reactiva, las que se conectan directamente a un cuadro o tablero principal o secundario de distribución. Es una instalación más simple, centralizada y no interfiere con las cargas en el mantenimiento.
  • 44. Ubicación de los Condensadores Ubicación de los Condensadores C3 – Compensación global centralizada Ventajas: -Suprime las penalizaciones por consumo excesivo de energía reactiva. -Se ajusta la potencia aparente S (kVA) a la necesidad real de la instalación. -Descarga el transformador de potencia. - Un equipo de compensación es fácilmente controlable debido a su posición central
  • 45. Ubicación de los Condensadores Ubicación de los Condensadores C3 – Compensación global centralizada Ventajas: - Es relativamente sencillo realizar un montaje posterior del equipamiento, o su eventual ampliación. - La potencia reactiva suministrada por los condensadores se ajusta por pasos al requerimiento de potencia reactiva de las cargas. - Con frecuencia, en función del factor de simultaneidad, la potencia reactiva capacitiva a instalar es menor que en el caso de una compensación individual.
  • 46. Ubicación de los Condensadores Ubicación de los Condensadores C3 – Compensación global centralizada Desventajas Se requiere de un regulador automático del banco para compensar según las necesidades cada momento. La sobrecarga no se reduce en la fuente principal ni en las líneas de distribución.
  • 47. Ubicación de los Condensadores Ubicación de los Condensadores C4 – Compensación en media tensión En este caso los cargas se instalan del lado de media tensión; es posible siempre que la instalación se alimente de la Red Pública de Distribución en media tensión. No es una solución muy utilizada en las instalaciones, salvo en instalaciones industriales importantes. Presenta esencialmente las siguientes desventajas: - No libera capacidad en el transformador de potencia. - No reduce las pérdidas por efecto joule. - Exige un elemento de protección y maniobra de media tensión. - Es más cara.
  • 48. Ubicación de los Condensadores Ubicación de los Condensadores La solución óptima requiere en cada caso de un estudio técnico y económico, teniendo en cuenta las características de la instalación y el objetivo buscado. En muchos casos lo más conveniente es adoptar soluciones mixtas, como la compensación individual para cargas constantes (por ejemplo: lámparas fluorescentes y de descarga, motores de gran potencia y que funcionan muchas horas), y una compensación automática centralizada o parcial por grupos para el resto de la instalación.
  • 49. Tipos de Compensación Tipos de Compensación Compensación Fija Consta de una o más baterías de condensadores que suministran un valor constante de potencia reactiva. Los condensadores pueden ser comandados mediante interruptores, contactores, o conectados directamente a los bornes de la carga inductiva.
  • 50. Tipos de Compensación Tipos de Compensación Compensación Automática En general se trata de un banco de varios pasos, los cuales son controlados según la variación del factor de potencia de la instalación por un relé varimétrico. Cada paso del banco está conformado por un elemento de protección (interruptor automático o fusible), un elemento de maniobra (Contactor) y una batería de condensadores trifásica. El relé varimétrico mide el factor de potencia de la instalación y conecta los pasos mediante los Contactores de maniobra. Este método es muy utilizado para una Compensación Global centralizada en el tablero general.
  • 51. Compensación de Motores Asíncronos El FP de un motor asíncrono es bueno a plena carga, generalmente entre un 80 y 90 %, dependiendo de la velocidad y del tipo de motor. Sin embargo, para cargas pequeñas el factor de potencia disminuye rápidamente, llegando a ser del 10 al 15% en vacío. Esto se debe a que la potencia reactiva consumida por el motor es prácticamente constante, mientras que la potencia activa es proporcional a la carga.
  • 52. Compensación de Motores Asíncronos Compensación con Condensadores conectados en bornes del motor Esta característica de los motores (potencia reactiva consumida prácticamente constante), permite la utilización de condensadores fijos conectados en paralelo en bornes del motor (figura a) para la compensación del factor de potencia. En dicha conexión en bornes del motor se deben tomar ciertas precauciones
  • 53. Compensación de Motores Asíncronos Fenómeno de auto-excitación Cuando un motor se desconecta de la red, debido a la inercia de su carga continua girando, y el campo remanente del rotor genera una tensión en bornes del estator que normalmente cae a cero en 2 o 3 ciclos, en el caso de un motor no compensado. En el caso en que se instala un condensador conectado directamente en los bornes del motor, este suministra corrientes capacitivas al estator que generan un campo magnético giratorio que se suma al campo remanente del rotor, incrementando la tensión en bornes del estator, pudiendo alcanzar tensiones elevadas.
  • 54. Compensación de Motores Asíncronos Fenómeno de auto-excitación Se dan tablas que indican la máxima potencia reactiva a instalar en bornes del motor, según la tensión nominal, la potencia nominal y la velocidad del motor, sin riesgo de auto-excitación: Donde, Qc: potencia de la batería de condensadores I0 , corriente en vacío del motor Un , tensión nominal
  • 55. Compensación de Motores Asíncronos Fenómeno de auto-excitación Otra forma de evitar el fenómeno de autoexcitación es utilizar un comando independiente para el Condensador, y que el Condensador sea conectado después que arranque el motor, y desconectarlo antes que el motor (figura b)
  • 56. Compensación de Motores Asíncronos Fenómeno de auto-excitación Nueva regulación del relé térmico de protección del motor -Se debe tener en cuenta que después de realizar la compensación con un condensador fijo conectado a los bornes del motor, la corriente eficaz que circula por el conjunto motor-condensador será menor que antes, por lo que se deberá ajustar el ajuste térmico de la protección del motor. - En los casos de motores que arranquen con un arrancador de tensión reducida (arranque estrella triángulo, autotransformador, sofstart u otro) siempre se debe utilizar un comando independiente para el Condensador, y el Condensador debe ser conectado después que arranque el motor, y desconectarlo antes que el motor (figura b).
  • 57. Compensación de Transformadores de Potencia Los transformadores de potencia consumen una potencia reactiva que se compone de: - La potencia reactiva consumida en vacío, debido a la reactancia magnetizante del transformador. Esta potencia es aproximadamente constante con la carga y tiene un valor de 1,8 a 2,5% de la potencia nominal del transformador para transformadores de MT/BT. -La potencia reactiva absorbida por la reactancia serie del transformador. Esto se puede visualizar en el diagrama equivalente del transformador:
  • 59. A continuación presentamos una tabla con valores típicos de potencia reactiva consumida por transformadores de diferentes potencias: Compensación de Transformadores de Potencia
  • 60. Compensación de Transformadores de Potencia En el caso de que la medida de energía de la Compañía Eléctrica sea realizada del lado de media tensión del transformador (contrato de energía en media tensión con subestación transformadora propia), la potencia reactiva del transformador debe ser tenida en cuenta, ya que la compañía estará midiendo la potencia reactiva de las cargas más la del transformador.
  • 61. En estos casos se puede sobrecompensar la instalación instalando condensadores del lado de baja tensión, para compensar con ellos la potencia reactiva del transformador y la potencia reactiva de las cargas. Pero se debe tener la precaución de evitar sobretensiones en condiciones de poca carga; cuando el transformador trabaje con poca carga circulará por el transformador una corriente capacitiva que elevará la tensión en bornes del secundario. Compensación de Transformadores de Potencia
  • 62. Como guía, cuando se instala un Banco de Condensadores en una instalación que cuenta con un transformador de alimentación de MT/BT, se recomienda que la potencia reactiva fija instalada no supere el 15% de la potencia nominal aparente del transformador. Compensación de Transformadores de Potencia
  • 63. Diagramas Vectoriales Diagramas Vectoriales Por ejemplo, los transformadores son diseñados por la potencia nominal aparente SN. El mejor aprovechamiento de la capacidad del transformador se obtiene cuando el factor de potencia es igual a la unidad, en ese caso toda su potencia aparente es aprovechada como potencia activa. Cuando el factor de potencia es bajo, sólo una fracción de la potencia aparente es aprovechada como potencia activa.
  • 64. Cálculo de la Potencia Reactiva a Compensar Para el cálculo de la potencia reactiva que es necesario compensar se debe determinar previamente: - Potencia Activa (P) - Factor de Potencia de la instalación (cos  1), - Factor de Potencia que se quiera lograr (cos  2), La potencia reactiva a compensar (QC) vendrá dada por la fórmula:
  • 65. Cálculo de la Potencia Reactiva a Compensar Formula comúnmente utilizada
  • 67. Cálculo de la Potencia Reactiva a Compensar Para realizar el estudio de la potencia reactiva que es necesario compensar se distinguen dos casos: -Cuando se está en la etapa de proyecto de la instalación. - Cuando la instalación ya está en funcionamiento y se quiere mejorar el factor de potencia de la instalación.
  • 68. Cálculo de la Potencia Reactiva a Compensar a) Instalación en etapa de proyecto Para hacer una evaluación de la potencia reactiva que consumirá instalación, se debe disponer de todos los datos de las cargas - Potencia Activa - Potencia Reactiva, - Factores de Utilización y Simultaneidad Que nos permita determinar las potencias activas y reactivas globales en cada nivel que se quiera compensar.
  • 69. Cálculo de la Potencia Reactiva a Compensar a) Instalación en etapa de proyecto También se debe tener en cuenta la posibilidad de compensar en forma individual aquellas cargas como lámparas de descarga o fluorescentes, y motores importantes que funcionen por largos períodos de tiempo a carga constante.
  • 70. Cálculo de la Potencia Reactiva a Compensar b) Instalación en funcionamiento Se pueden emplear diversos métodos para la determinación de la potencia reactiva a compensar. - Utilizando registradores para medir energías o potencias activa y reactiva Instalando registradores que permitan medir las energías o potencias activa y reactiva en diferentes puntos de la instalación. Este es el método más completo de todos y puede dar mucha más información de la necesaria para diseñar la potencia de las baterías de condensadores a instalar.
  • 71. Cálculo de la Potencia Reactiva a Compensar b) Instalación en funcionamiento En el caso de instalaciones que tienen un consumo variable en el día y en el mes, como puede ser en la industria por estar asociado a la producción, se deben realizar registros en distintos horarios y días para poder relevar las curvas de carga de consumos P y Q. En el caso de instalaciones con un consumo aproximadamente constante, alcanzará con tomar algunas pocas medidas con una pinza vatimétrica, midiendo potencia activa, tensión y corriente.
  • 72. Cálculo de la Potencia Reactiva a Compensar Utilizando el recibo de las energías consumidas en el mes En el recibo de las Compañías Eléctricas (UTE) se obtienen los consumos mensuales de energía activa (Ea) y energía reactiva (Er). A partir de los recibos de varios meses (6 o 12 meses es lo usual) se pueden obtener los valores medios de energía activa y reactiva, y determinar la potencia reactiva media como:
  • 73. Cálculo de la Potencia Reactiva a Compensar Donde, Qc = [kVAr ], es la potencia reactiva media a instalar Er = [kVArh] , es el valor medio de la energía reactiva consumida en el mes Ea = [kWh], es el valor medio de la energía activa consumida en el mes  2, es el ángulo correspondiente al factor de potencia al que se quiere compensar. t , es el tiempo total de horas que realmente existe consumo al mes, que equivale a la cantidad de días de trabajo al mes x la cantidad de horas diarias de trabajo. Con este método se obtiene un valor medio de la potencia reactiva a compensar, y por lo tanto es apropiado para aquellas instalaciones que tienen un consumo aproximadamente constante.
  • 74. Dispositivos de maniobra (Contactores) La conexión de los condensadores de potencia produce elevadas corrientes de conexión transitorias. En el caso de compensación individual, la corriente de cresta de conexión puede alcanzar valores de hasta 30 veces la corriente nominal del condensador. En bancos automáticos de varios pasos, la corriente de conexión proviene no sólo de la red, sino especialmente, de los condensadores que ya están conectados. En este caso los valores de la corriente de cresta pueden alcanzar fácilmente valores de hasta 180 a 200 veces la corriente nominal.
  • 75. Estas elevadas corrientes pueden dañar tanto los contactos de los contactores como los condensadores y las oscilaciones de tensión asociadas, pueden provocar problemas en otros circuitos de la instalación. Para evitar esto se deben utilizar Contactores especiales para maniobra de condensadores; estos contactores son diseñados especialmente para reducir las corrientes de conexión transitorias. Los mismos cuentan con contactos auxiliares de precierre y resistencias de amortiguación. Estos contactos se cierran antes de los de potencia, y la corriente de cresta es fuertemente limitada por las resistencias. Luego se cierran los contactos principales, dejando de actuar las resistencias durante el funcionamiento normal. Dispositivos de maniobra (Contactores)
  • 76. Baterías de Condensadores de Potencia Los Condensadores de potencia, se caracterizan por: -Un , tensión eficaz nominal de línea (V) -fn , frecuencia nominal (Hz) -Qn , potencia reactiva entregada a tensión y frecuencia nominal (kVAr) -In, corriente nominal (A) Donde la corriente por un condensador sería (sen (90º)=1) La potencia reactiva entregada por UN condensador varía con la tensión y la frecuencia:
  • 77. Baterías de Condensadores de Potencia - Para tensiones por debajo de 500 V, se recomienda colocar batería de condensadores en triangulo, así la capacidad de cada condensador es menor y su pecio es menor. - Para tensiones superiores a 500 V, se recomienda batería de condensadores en estrella, pues así soporta una tensión más baja que si se conectara en triangulo,