02 Compensacion Reactiva 2005 a 1

ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRICA COMPENSACION REACTIVA ING. HUBER MURILLO M.

TRAFO

ELEVADOR

TRAFO

REDUCTOR

G

1000

KW

M

600

KW

P Q

P Q

P Q

FACTOR DE POTENCIA INDUCTIVO 0.6 ( SIN COMPENSAR )

FACTOR DE POTENCIA UNITARIO 1.0 ( COMPENSADO )

TRAFO

ELEVADOR

TRAFO

REDUCTOR

G

1000

KW

M

1000

KW

P P P

BANCO

CONDENSADORES

800 KVARS

P Q

CORRECCION DEL FACTOR DE POTENCIA

Q


FUNCIONES DE UN CAPACITOR

Los capacitores son muy variados, pero bsicamente cumplen las siguientes funciones:

Bloqueo de niveles DC ( corriente directa ).

Acoplamientos de etapas.

Derivacin de seales AC ( corriente alterna ).

Filtracin.

Sintonizacin.

Generacin de formas de onda.

Almacenamiento de energa.


Segn los materiales utilizados en su fabricacin los capacitores ( de 50 / 60 Hz ) son los siguientes:

Capacitores de papel.- Son fabricados de 1 a 20 uFd

trabajan hasta 500 Voltios.

Capacitores de papel polipropileno.- Son fabricados de 5

a 20 uFd, trabajan hasta 600 Voltios. Son usados en filtros

de AC, circuitos ferrorresonantes, computadoras e iluminacin, superan las 60,000 horas de vida.

Capacitores de polipropileno metalizado.- Son fabricados

de 1 a 90 uF, trabajan hasta 440 Voltios. Son utilizados con

mltiples cargas teniendo muy buenos resultados con

motores, iluminacin, fuentes de AC y computadoras.


TIPOS DE CAPACITORES.-

MEDICIN Y PRUEBA DEL CAPACITOR

La mejor comprobacin del buen funcionamiento

de un capacitor es usar un medidor diseado

para este fin tambin se puede utilizar un

ohmmetro, para efectuar las pruebas

necesarias, tales como:

Comprobacin de continuidad.

Medicin de la corriente de fugas.

Medicin de la capacidad.

Medicin de la resistencia serie equivalente.


CONSTANTE DIELCTRICA

PARA EL AIRE O VACO E= Eo= 8,86x10 -12 F/m

PARA OTROS MATERIALES E = Er x Eo

Er = PERMITIVIDAD RELATIVA DEL MATERIAL

MATERIAL Er

AIRE VIDRIO

CARTON

1

3,5

4

MATERIAL Er

PORCELANA

MICA

CERAMICA

5........6

6.........8

10.....50000


La mayora de cargas requieren, para su

funcionamiento, de las energas activa y reactiva

motivo por el cual resulta importante conocer los

parmetros de las cargas. Se ha demostrado que

si la reactancia inductiva de una carga es grande

en comparacin con la resistencia, entonces el

factor de potencia ser bajo.

Las reactancias inductivas tienen que ser

compensadas para lograr obtener un alto factor

de potencia [ 0.965 < F.P. < 0.98 ].


POR QUE UN FACTOR DE POTENCIA ALTO?

1.- REDUCCION DE LA FACTURACION MENSUAL 2.- REDUCCION DE PERDIDAS EN LOS CONDUCTORES 3.- AUMENTO DE LA CAPACIDAD DEL SISTEMA 4.- MEJORAMIENTO DE LOS NIVELES DE TENSION

La compensacin se realiza respetando las normas internacionales tales como : IEC 831 / 1-2 VDE 560 / 4

En las normas se especifica que el costo facturado por la empresa concesionaria debe ser S/ 0.00.

ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRICA

LOS BENEFICIOS SON LOS SIGUIENTES:

COMPENSACION REACTIVA ING. HUBER MURILLO M.

FACTORES QUE INFLUYEN EN LA ELECCIN DE LOS CAPACITORES

Variacin de la capacidad con la temperatura.

Voltaje y frecuencias nominales.

Temperatura de operacin. Temperatura de almacenamiento a 25C. Factor de disipacin.

Corrientes de fuga.


ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRICA

RESISTENCIAS DE DESCARGA DIAGRAMA DE CIRCUITOS

L INDUCTANCIAS R RESISTENCIAS DE DESCARGA C CAPACITORES


Causadas por:

Potencia Reactiva Cargas Inductivas, Electrnica de Potencia

Armnicas Electrnica de Potencia, cargas no lineales

Commutacin Convertidores y drives

Cadas de tensin Variaciones de carga, corrientes de insercin

Redes asimtricas Cargas monofsicas desbalanceadas

Radio frecuencias Control de Ripple Interrupcin de tensin Iluminacin, sobrecarga, switching

DIFERENTES ASPECTOS DE LA

CALIDAD DE ENERGA ELCTRICA

Perturbaciones


Cargas Ohmicas

Lamp. incandescentes

Planchas

Calentamiento resistivo

Cuales son los diferentes tipos de carga ?

Cargas Capacativas

Capacitores

Cables subterraneos

Generadores

sincrnicos

sobre-exitados

Cargas Inductivas

Motores Elctricos

Transformadores

Reactores/chokes

Lneas aereas

Generadores

sincrnicos

sub-exitados

Lmparas de descarga

Electrnica de Potencia

RED



Capacitores de CFP (HV o LV, automticos o fijos)

Reducir la cantidad de carga inductiva

Uso de convertidores de moderna tecnologa

Generadores sincrnicos sobre-excitados

CFP Activa (tiempo real) con switches con tiristores

Cmo mejorar el Factor de Potencia ?

Trabajo

mecnico

o calor

Generacin de

campos

magnticos

Energa Activa

Energa Reactiva

Capacitor

Suministro

Corriente

0

Carga

95

Corriente Corriente

65

PRINCIPIO DE LA CFP


S = Potencia Aparente

P = Potencia Activa

Q = Potencia Reactiva

P

Q1 QC S1

QC = Q1 - Q2 1

S2

2

Principio de la CFP


Mtodos de CFP

1. Compensacin individual

2.- Compensacin en grupo

3.- Conpensacin automtica centralizada

4.- Compensacin dinmica (tiempo real)

5.- Filtro activo de armnicas

6.- Control de tensin COMPENSACION REACTIVA ING. HUBER MURILLO M.

1. Compensacin Individual (fija)


Ventajas

- kVAr producidos en el lugar

- Reduccin de prdidas en lnea

- Reduccin de cadas de tensin

- Ahorro de desconectador

Desventajas

- Muchos capacitores pequeos son ms caros

que uno central.

- Bajo factor de utilizacin de capacitores para

equipos de operacin no habitual.


1. Compensacin Individual (fija)

Para compensar motores asincrnicos la potencia del

capacitor debera ser como mximo 90 % de la potencia

reactiva de vaco del motor.

Mayores relaciones de kVAr provocan la auto-excitacin del

motor despus de la desconexin de la red.

Riesgo de Sobre Tensin > 1,1 * Unominal!

La relacin de kVAr recomendada asegura un FP < 1 pero >

0,9 en vaco, asi como tambin a plena carga del motor.

Una regla prctica recomienda:

kVAr = 35% de la potencia activa (kW) del motor.

La potencia activa se puede encontrar en la placa de

caractersticas del motor.

1. Compensacin Individual - Trafos.


Para la compensacin de la potencia reactiva de vaco de

transformadores, el dimensionamiento de los kVAr de los

capacitores se basa en el consumo de energa reactiva

propio del transformador.

Los valores recomendados compensan slo la potencia

magnetizante de un transformador en vaco.

Se puede usar la siguiente frmula aproximada:

Qo = So = io x SN / 100

Qo = Potencia reactiva de vaco del transformador en kVAr

So = Potencia aparente de vaco del transformador en kVA

io = Corriente de vaco del trafo en % de la Inominal.

SN = Potencia nominal del transformador en kVA

2. Compensacin en Grupo

M M M


Ventajas a primera vista

- Reduccin de la inversin de

capital

- Prdidas reducidas en

lneas de distribucin.

- Cadas de tensin reducidas

en lneas de distribucin.

- Mayor factor de utilizacin de

capacitores.

3. Compensacin Centralizada

M M M

controlador


Mejor utilizacin de capacitores

Solucin ms efectiva (costo)

Ms fcil supervisin

Control automtico

VENTAJAS A PRIMERA VISTA

Compensacin Centralizada

En fbricas con muchas cargas de distintas potencias y

tiempos de operacin, la compensacin fija es

generalmente demasiado costosa y no efectiva.

La solucin ms econmica para aplicaciones

complejas es generalmente un banco centralizado y

automtico de capacitores, controlado por un

controlador automtico (CFP). El punto de conexin

generalmente es el tablero general de distribucin.


4. Compensacin Dinmica

M M M

controlado

r


Compensacin del Factor de Potencia en Tiempo

Real; por ej. escencial para gruas o ascensores

Conmutacin suave de capacitores, evita las

corrientes de insercin

Menos problemas de calidad de energa, tales como

cadas de tensin

Estabilizacin de la tensin

Mayor ciclo de vida de los bancos de capacitores

Compensacin Dinmica


VENTAJAS DE CFP DINMICO

Compensacin Dinmica


Cadas de

Tensin

debido a altas

corrientes de

insercin

Compensacin Dinmica


COMPENSADORES ESTATICOS DE POTENCIA

REACTIVA ( S V C )

Componentes bsicos.-

Transformador reductor.

Reactores shunt.

Capacitores shunt.

Tiristores en antiparalelo ( Bidireccionales ).

Sistema de regulacin y control.

HM


SISTEM HIGH VOLTAGE BUS

SET DOWEN TRANSFORMER

MEDIUM VOLTAGE BUS V

I P.T

V REF BC VS C.T. BC *

BL Fixed capacitors

TCR

FIBRE OPTIC CABLE

DIAGRAM BASICO DE UN SVC

MEASUREMENTSUB SISTEM

REGULATOR

CONDUCTION

ANGLE ( )CALCULATOR

CIRCUIT FOR

LINEARIZING

( LINEARIZER )

GATE PULSE

GENERATION UNITED

LIGHT EMITTINGDIODES

S S S

B

B

LEYENDA. B conventional circuit breaker.. S circuit breaker or thyristor switch.. CT current transformer.. PT potential transformer.

. Vs Other signals.

. BL variable susceptance ( inductive )- Bc Fixed suceptance ( capacitive ).


COMPORTAMIENTO Y CONTROL

A.- Estrategias de control .- El objetivo del sistema de control es modifi-car lasuceptancia B la cual depende del ngulo de disparo de los tiristores. En algunos diseos,el control proporciona una seal que directamente representa la suceptancia deseada,mientras, que en otros el algoritmo precisa de datos del sistema ( como la tensin ) paragenerar sus salidas, sin usar una seal explcita para la suceptancia.De sta manera los SVC son utilizados para regular la tensin.

B.- Tipos de estrategias de control.-

Lazo cerrado.- Utiliza la clsica realimentacin que permite corregir la entrada, afin deobtener la salida deseada, con ello se obtiene gran presicin.

Lazo abierto.- Se efecta mediante una funcin de transferencia preprogramada paraproducir un cierto valor de salida, la ventaja es que su respuesta es mas rpida.

HM


LCL-Filter

IGBT-Converter

iN

SIPCON DVR (LV)

ua, b, c

ist

C

iL

RED Carga

EM

C f

ilter

5. Filtro Activo de Armnicas


Banco de Capacitores

Qc = ....... * 25 kVAr

HV Red

Transformador

630 kVA, uk = 5 %

Corriente = 666 A

300 kW

cos = 0.65 M

3 ~

HV Red

Transformador

630 kVA, uk = 5 %

Corriente = ???

300 kW

cos = 0.98

M

3 ~

Factor de Potencia del sistema, cos =

??

Ejenplo: Mejoramiento del FP ?


Reduccin de la corriente en el cable principal

FORMAS DE CONTROLAR LA TENSION

1.- EN BARRAS DE GENERACION .- Variando la corriente de la excitatriz. Suministrando la corriente necesaria para que la tensin en bornes de la mquina sea constante.

LIMITACIONES .-

Suministro de nerga a una LT que se encuentra en vaco la cual provee al sistemapotencia reactiva.

Una LT en corto circuito la cual absorve abundante energa reactiva inductiva y

requiere una rpida sobreexcitacin para poder mantener la tensin. El AVR debetener respuesta rpida.

TIPOS DE SISTEMAS DE EXCITACION

Giratorios.- Utilizando anillos rozantes.

Completamente inductivos.- Utiliza excitatriz esttica.

Mixtos.- Combinacin de los anteriores.

HM


2.- EN BARRAS DE CARGA O DIFERENTE A LA GENERACION.-

Se logra inyectando eyectando potencia reactiva en la barra requerida previadefinicin de la tensin ( lmite ).

Se utilizan transformadores y/o se rechaza la carga.

3.- TRANFORMADOR REGULADOR DE TENSIN.- Se caracterizan por :

Los transformadores con tomas variables ( Taps y/o gradines ) en el lado de AT pueden regular la tensin en forma manual y automtica respectivamente en el lado de BT. Tambin se utilizan autotransformadores elevadores.

La regulacin de tensin es lenta.

Es mucho mas caro.

Presenta prdidas elevadas .

No mejora el factor de potencia .

Requiere mucho mantenimiento.

HM


1.- GENERADORES SINCRONOS .-

Sobre excitados.- Generan potencia reactiva y activa. Controlar que lacorriente mxima de excitacin a fin de evitar el sobrecalentamiento deldevanado rotrico.

MW SEP

MVARS

Sub excitados.- Consumen potencia reactiva. Controlar en las curvasde operacin de la mquina para con el fin de evitar:- El calentamiento del bobinado estatrico.- Prdida del sincronismo del generador.

MW SEP

MVARS

G

G

HM


2.- LINEAS DE TRANSMISION .

Lneas areas.- Puede suceder lo siguiente:- Lneas a plena carga.- Consumen su propios reactivos generados.- Lneas con pequea carga.- Aportan reactivos al sistema.

HM


HM

REGULADORES AUTOMATICOS DE TENSION ING. HUBER MURILLO M

3.- INYECCION DE POTENCIA REACTIVA.- Consiste en instalar en la zona seleccionada una fuente que genere potencia reactiva. Podemos encontrar las fuentes que a continuacin presentamos:

A.- Compensadores estaticos shunt.- Pueden darse dos alternativas:

. Si el FP es inductivo Se utiliza condensadores.

. Si el FP es capacitivo Se utiliza reactancias.

A

Q Q

Desventaja.- Si la tensin en la barra A baja los vars producidos bajarn y si subelos vars tambin subirn.

HM


B.- Compensadores estaticos serie.- Se instalan en serie a la lnea con los siguientes inconvenientes: . Cuando existe un corto circuito crea altas tensiones. . Pueden entrar en resonancia.

Kv

Km

HM


VENTAJAS .

Aumenta la tensin.

Disminuye las variaciones de tensin.

Autoregulacin instantnea.

Mejora el perfil de tensin.

Disminuye las prdidas.

Mejora el factor de potencia.

DESVENTAJAS

Efecto reducido en el caso que se tenga un factor de potencia elevado.

Estamos limitados para futuras expanciones.

HM


COMPARACION ENTRE COMPESACION SHUNT Y SERIE

Los condensadores SERIE presentan una autoregulacin ( dependen de la carga )en tal sentido regula el perfil de tensin de la lnea.

Los condensadores shunt no son autoregulados en tal sentido su instalacin resultamucho mas caro.

Si la reactancia total de la lnea es elevada, los condensadores SERIE son los masadecuados y mejoran la estabilidad del sistema elctrico.

Si la cada de tensin es el factor limitante se recomienda consensadores serie,ya que suavizan las fluctuaciones de tensin.

Si las consideraciones tcnicas limitan los niveles de corriente se aconseja utilizarcondensadores SHUNT.

Ambos mejoran el FP y disminuyen las prdidas.

HM


C.- Compensadores sncronos.- Es un motor sncrono que funciona sin carga mecnica y depende del valor de la excitacin.

Las ventajas son:- La flexibilidad de funcionamiento en cualquier condicin de carga.- Incrementa la potencia de corto circuito.- Es justificado su instalacin en barras de alta tensin.

La desventaja principal es el costo de instalacin y su elevado costo en elmantenimiento del motor sncrono.

MW SEP MVARS

D.- Compensadores estaticos de potencia reactiva ( SVC ).- Son dispositivos quecontrolan la tensin en el punto de conexin del sistema de potencia para compensar ladeficiencia de poetncia reactiva y de sta manera regular al tensin.

MS

HM


COMPENSACION INDIVIDUAL PARA MOTORES ASINCRONOS TRIFASICOS

UNAC - PERU

POTENCIA REACTIVA ( KVARS ) DE CAPACITORES REQUERIDOS PARA VARIAS VELOCIDADES PARA MOTORES TRIFASICOS

POTENCIA

2 POLOS (3600 RPM)

4 POLOS ( 1800 RPM )

6 POLOS ( 1200 RPM) )

8 POLOS ( 900 RPM )

10 POLOS ( 720 RPM

)

KW

HP

VACIO

CARGA

VACIO

CARGA

VACIO

CARGA

VACIO

CARGA

VACIO

CARGA

0.18

1/4

0.1

0.2

0.2

0.3

0.4

0.5

0.4

0.5

0.5

0.6

0.37

1/2

0.3

0.4

0.4

0.5

0.5

0.6

0.5

0.6

0.7

0.9

0.55

3/4

0.4

0.5

0.4

0.5

0.5

0.6

0.6

0.7

0.7

0.9

0.75

1

0.5

0.6

0.5

0.7

0.6

0.8

0.7

0.9

0.8

1

1.1

1.5

0.7

0.9

0.7

1

0.9

1.2

1

1.3

1.1

1.4

1.5

2

0.8

1

1

1.2

1.1

1.4

1.2

1.6

1.3

1.8

2.2

3

1.1

1.4

1.2

1.5

1.4

1.8

1.7

2.2

2

2.4

3

4

1.5

1.8

1.6

2

1.8

2.4

2.3

3

2.5

3.2

4

5.5

1.8

2.3

2

2.6

2.2

2.9

2.7

3.5

2.9

3.8

5.5

7.5

2.2

2.9

2.4

3.3

2.7

3.6

3.2

4.3

4

5.2

7.5

10

3.4

4.4

3.6

4.8

4.1

5.4

4.6

6.1

5.5

7.2

11

15

5

6.5

5.5

7.2

6

8

7

9

7.5

10

15

20

6.5

8.5

7

9.5

8

10

9

12

10

13

18.5

25

8

11

9

12

10

13

11

15

12

16

22

30

10

12.5

11

13.5

12

15

13

16

15

18

30

40

14

18

15

20

17

37

50

18

24

20

27

22

30

26

34

29

39

45

60

19

28

21

31

24

34

28

38

31

43

55

75

22

34

25

37

28

41

32

46

36

52

75

100

28

45

32

49

37

54

41

60

45

68

90

125

34

54

39

59

44

65

49

72

54

83

110

150

40

64

46

70

52

76

58

85

63

98

132

180

45

72

53

80

60

87

67

97

75

110

160

220

54

86

64

96

72

103

81

116

91

132

200

270

66

103

77

115

87

125

97

140

110

160

250

340

75

115

85

125

95

137

105

150

120

175


COMPENSACION PARA ILUMINACION

TUBOS FLUORESCENTES

LAMPARAS DE VAPOR DE

MERCURIO

LAMPARAS DE VAPOR DE SODIO

POT. TUBO W

CAPACITOR

VARS

POT. TUBO

W

CAPACITOR

VARS

POT. TUBO

W

CAPACITOR

VARS

20

70

50

105

45

350

2 X 20

65

80

125

60

355

40

65

125

155

85

360

65

110

25

280

140

380

85

200

400

385

-

-

100

285

1000

920

-

-


POTEN.

NOMIN.

CORRIENOMIN..

PROTECCION

CONTRA CORTOS.

CABLES

LINEAS

CONEX.

TIERRA

CON

TACTOR

TUBOS

PVC

KVARS

AMP.

TERM.(1)

FUSE (2)

AWG (3)

AWG (4)

AMP.(5)

mm

2.5

6

15

10

14

16

9

19 (3/4)

5

12

20

30

12

14

18

19 (3/4)

7

17

30

30

10

12

25

19 (3/4)

7.5

18

30

30

10

12

25

19 (3/4)

10

24

40

40

8

10

32

25.4 (1)

12.5

30

40

50

8

10

40

25.4 (1)

15

36

50

60

6

10

50

38 (1)

17.5

42

60

70

6

10

60

38 (1)

20

48

80

80

4

10

65

38 (1)

22.5

54

80

90

4

8

75

38 (1)

25

60

80

100

2

8

80

51 (2)

27.5

66

100

125

2

8

90

51 (2)

30

72

100

125

1/0

8

100

51 (2)

35

84

125

150

1/0

8

120

51 (2)

40

96

150

175

2/0

8

150

51 (2)

45

108

150

200

2/0

6

150

51 (2)

50

120

175

200

3/0

6

185

64 (2)

60

144

200

250

4/0

6

210

64 (2)

BANCO DE CONDENSADORES Y ACCESORIOS EN 240 VOLTIOS 60

HZ PARA COMPENSACION DE MOTORES TRIFASICOS.


NOTAS IMPORTANTES

1.- Las llaves termomagnticas se calculan al 135 % de

Inominal. ( mnimo ).

2.- Los fusibles se calculan al 165 % de Inominal.

3.- Los alimentadores de fuerza se calculan al 135 % de Inominal ( mnimo ).

4.- Con stos conductores se conectan al sistema de aterramiento

5.- Los contactores CATEG. AC3 se calcula al 135 % de Inominal. ( mnimo ).

@ Los valores con negrilla son los mas comerciales.


POTEN.

NOMIN.

CORRIENTE NOMIN..

PROTECCION

CONTRA CORTOS.

CABLES

LINEAS

CONEX.

TIERRA

CON

TACTOR

TUBOS

PVC

KVARS

AMP.

TERM.(1)

FUSE (2)

AWG (3)

AWG (4)

AMP.(5)

mm O (6)

5

6

10

10

14

16

10

13 (1/2)

7

8.5

15

15

14

14

12

19 (3/4)

10

12

20

20

12

14

18

19 (3/4)

12.5

15

20

30

10

12

25

19 (3/4)

14

17

30

30

10

12

25

19 (3/4)

15

19

30

30

10

12

25

19 (3/4)

17.5

21

30

40

10

10

32

19 (3/4)

20

24

40

40

8

10

32

25.4 (1)

22.5

27

40

50

8

10

40

25.4 (1)

25

30

40

50

8

10

40

25.4 (1)

27.5

33

50

60

8

10

50

25.4 (1)

30

36

50

60

8

10

50

25.4 (1)

35

42

60

70

6

10

60

32 (1.25)

40

48

80

80

6

10

80

32 (1.25)

45

54

80

100

6

10

80

32 (1.25)

50

60

80

100

4

8

80

38 (1.5)

60

72

200

125

3

8

115

38 (1)

70

84

100

150

2

8

115

51 (2)

75

90

125

150

1

8

125

51 (2)

80

96

150

180

1/0

8

150

51 (2)

BANCO DE CONDENSADORES Y ACCESORIOS EN 480 VOLTIOS 60

HZ PARA COMPENSACION DE MOTORES TRIFASICOS.


02 Compensacion Reactiva 2005 a 1

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