TECSUP – PFR Instalaciones Eléctricas

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Unidad VIII

CCOOMMPPEENNSSAACCIIÓÓNN DDEE EENNEERRGGÍÍAA RREEAACCTTIIVVAA

Figura 8.1

1. FACTOR DE POTENCIA DE CARGAS

La mayoría de las cargas industriales (motores, transformadores...), alimentadas con corriente alterna necesitan para su funcionamiento dos tipos de energía: • Energía reactiva • Energía activa Instalaciones Eléctricas Industriales

Figura 8.2

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2. AHORRO

• El usuario paga por ambos tipos de potencia. • Los capacitores suministran la potencia reactiva que tradicionalmente provee

la compañía suministradora. • Los capacitores reducen el monto de la facturación.

3. ¿POR QUÉ USAR CAPACITORES?

Con la compensación del factor de potencia se logra: • Reducir el pago de energía eléctrica. • Reducir las pérdidas por efecto Joule (I 2. t) en los conductores. • Liberar la capacidad de los transformadores. • Mejorar la regulación de tensión.

4. CAMPO MAGNÉTICO

Como manifestamos la mayoría de las cargas en una planta son inductivas y requieren de un campo magnético para operar: • Motores. • Transformadores. • Lámparas fluorescentes. El campo magnético es necesario pero no produce trabajo útil.

5. PRINCIPIOS

El triángulo de potencia

Figura 8.3

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6. EL TRIÁNGULO DE POTENCIA

Análogamente, los motores requieren potencia REACTIVA para crear el campo magnético, mientras que la potencia ACTIVA produce el trabajo útil (potencia en el eje del motor). Potencia

Figura 8.4

7. ¿QUÉ ES EL FACTOR DE POTENCIA?

Factor de potencia es la relación de la Potencia Activa respecto a la Potencia Total:

Figura 8.5

talPotenciaTotivaPotenciaActenciaFactordepo =

ϕCos

kVAkW

==

El factor de potencia es una medida de eficiencia (salida / entrada).

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8. ¿POR QUÉ INSTALAMOS CAPACITORES?

Los capacitores suministran (sin costo), la potencia reactiva requerida por las cargas inductivas. • Inicialmente hay que considerar el costo del capacitor. • Compensando el factor de potencia, la compañía eléctrica ya no suministra los

kVAr requeridos, esto lo hace el banco de capacitores.

Figura 8.6

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OBSERVEMOS EL BENEFICIO

Figura 8.7

9. TAMAÑO DEL BANCO

El banco capacitor se calcula a partir de la siguiente relación. Instalaciones Eléctricas Industriales

Figura 8.8

Otros beneficios Liberación de capacidad en el sistema • El efecto del factor de potencia en la corriente absorbida por el sistema se

muestra a continuación.

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Figura 8.9

• Disminución del calibre de los conductores que se requieren para conducir los mismos 100 kW con distintos factores de potencia.

Más beneficios Reducción de pérdidas: • A medida que la corriente circula a través de los conductores, estos se

sobrecalientan. Este calentamiento son pérdidas de potencia. • Las pérdidas de potencia son proporcionales al cuadrado de la corriente

(Pérdidas I 2 t). • La corriente es proporcional al factor de potencia. • Las pérdidas en los conductores pueden llegar a ser del 2 al 5% de la carga

total.

−=

2

1100Re%FINAL

INICIAL

CosiCos

erdidasducciondepϕϕ

Es importante tener en cuenta Soporte de tensión: • Cuando se instalan capacitores, la tensión se incrementa normalmente en un

pequeño porcentaje. • No representa un beneficio económico significativo. • Una severa sobre compensación produciría un nivel de sobretensión que

podría dañar el aislamiento de los equipos conectados al sistema. • Normalmente es el resultado de la conexión de grandes bancos de capacitores

fijos.

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10. TIPOS DE COMPENSACIÓN

Según el lugar donde instalan los banco de capacitores se tiene: • Compensación global o localizada. • Compensación parcial. • Compensación individual. 10.1. COMPENSACIÓN GLOBAL

Ventajas: • Suprime los gastos por energía reactiva. • Descarga el centro de transformación. Observaciones: • Las pérdidas por efecto Joule en los cables no son reducidas.

Figura 8.10

10.2. COMPENSACIÓN PARCIAL

Ventajas: • Suprime los gastos por energía reactiva. • Descarga el centro de transformación. • Optimiza una parte de la instalación, la corriente reactiva no se

transporta en parte del sistema

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Observaciones: • Las pérdidas por efecto Joule en los cables no se reducen totalmente

Figura 8.11

10.3. COMPENSACIÓN INDIVIDUAL

Ventajas: • Suprime los gastos por energía reactiva. • Descarga el centro de transformación. • Optimiza una parte de la instalación, la corriente reactiva se abastece

en el mismo lugar de su consumo Observaciones: • Las pérdidas por efecto Joule en los cables se suprimen totalmente.

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Figura 8.12

11. OTROS TIPOS DE COMPENSACIÓN

Según la forma de control se pueden clasificar:

• Compensación fija. • Compensación automática. 11.1. BANCOS FIJOS

Compensaciones locales • Motores. • Transformadores.

Compensaciones generales (en menor importancia). • Subestaciones.

Figura 8.13

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Capacitores Fijos En Un Motor 1. Entre el elemento de sobrecarga y el motor (redimensionar el valor

del elemento de sobrecarga). 2. Entre el contactor y el elemento de sobrecarga (preferente: no

necesita redimensionar los relés de sobrecarga). 3. Lado de la línea del conductor (proveer medios de desconexión).

Figura 8.14

11.2. BANCOS AUTOMÁTICOS

Estos incluyen, a los propios capacitores, contactores y al controlador. El controlador mide el factor de potencia y controla la conexión de pasos de capacitores para obtener el factor de potencia que se estableció.

Figura 8.15