LA COMPENSACIÓN DE LA ENERGÍA REACTIVA

INDICE

• INTRODUCCIÓN A LA ENERGÍA REACTIVA

• CÁLCULO DE UNA BATERÍA DE CONDENSADORES

• ARMÓNICOS

• INSTALACIÓN DE UNA BATERÍA DE CONDENSADORES

• BATERÍAS DE CONDENSADORES FIJAS

• BATERÍAS DE CONDENSADORES AUTOMÁTICAS

INTRODUCCIÓN A LA ENERGÍA REACTIVA

[25-oct-18 / Diap. 4 de 4]

P1

Qi

S1

cosF1

P1

S2

Q2

cosF2

Qc

+ =

Triángulo de potencias

S1= potencia aparente P1=potencia activa Qi=potencia reactiva demandada

S2= potencia aparente después de compensar P=potencia activa Q2=potencia reactiva demandada después de compensar Qc=potencia reactiva compensada

¿Por qué compensar la energía reactiva?

• Evitamos el complemento de energía reactiva o el recargo de reactiva de la factura eléctrica.

• Aumentamos la capacidad de nuestra línea o transformador propio según el caso.

• Mejora la tensión de red. Disminuyen las caídas de tensión.

• Disminuyen las perdidas de energía. Menores perdidas por efecto Joule.

Recargo de reactiva de la factura eléctrica

Diferencia de perdidas 940kW Ahorro de energía anual: 12x242hx940kW=2729,76kWh

Ahorro económico anual: 136,48€ [25-oct-18 / Diap. 7 de 7]

Ahorro vía pérdidas.

Red Pcc=500MVA Transformador Sn=630KVA Ucc=6% Sobrecarga=5.7%

Enlace trafo-cuadro L=30M S=2x300mm 2 Perdidas=2.96kW Interruptor General: Ith=962 A In= 1000 A

Sin batería Con batería

S= P + Q (kVA)

P (kW)

Q (kVar)

S= P + Q (kVA)

P (kW) Q (kVar)

Carga: P=500kW Cosf=0.75

Red Pcc=500MVA Transformador Sn=630KVA Ucc=6% Reserva de potencia=20%

Enlace trafo-cuadro L=30M S=2x150mm 2 Perdidas=2.02kW (-30%)

Interruptor General Ith=721 A In=800 A Carga P=500kW Cosφ=1

Con tarifa 2010 Termino de reactiva= 0.062332 Tr=0.062332x(105.830-0.33x120.000)=4.128,24€

Ahorro económico anual:

4.128,24€x12=49.538,98€

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Ahorro vía factura eléctrica.

Termino de energía.: Punta -Llano 120.000kWh Reactiva 105.830kVAr

S= P + Q (kVA)

P (kW)

Q (kVar)

Carga P=500kW Cosφ=0.75

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Reduciendo las emisiones de CO2

ACTIVIDAD gr. CO2

1 KWh de electricidad 510

1 Km en automóvil 150

1 Km en avión 180

1 Km en ferrocarril 35

1 Km en autobús 30

Cada KVAr instalado, equivale a una reducción de 150 gr de emisiones de CO2

Una EFICAP de 100 KVAr, equivale a una reducción de 30 Kg de emisiones de CO2

CÁLCULO DE UNA BATERÍA DE CONDENSADORES

Información para definir una batería de condensadores

• Facturas eléctricas con recargo de reactiva. • Mediciones con un analizador de redes durante un ciclo de

trabajo de la instalación. Esta es la mejor manera ya que obtendremos datos de tensión y armónicos que nos ayudarán a definir la mejor solución.

• En el caso de que la instalación esté en fase de proyecto se puede estimar la batería a partir de las cargas a instalar y su simultaneidad.

• Mediante tablas, para el caso de compensación fija de motores y transformadores

Valores necesarios par definir la batería más adecuada

• Potencia reactiva

• Tensión

• THDU

• THDI

• Escalón más pequeño

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Perturbaciones producidas por los armónicos Efectos a corto plazo.

• Disparo intempestivo de las protecciones. • Perturbaciones inducidas de los sistemas de corriente baja (telemando, telecomunicaciones). • Vibraciones y ruidos anormales. • Deterioro por sobrecarga térmica de condensadores. • Funcionamiento defectuoso de las cargas no lineales.

Efectos a largo plazo

• Condensadores de potencia

Pérdidas y calentamientos adicionales. Vibraciones, desgaste mecánico; ruido • Motores

Pérdidas y calentamientos adicionales. Vibraciones, desgaste mecánico; ruido Reducción de las posibilidades de utilización a plena carga.

• Transformadores Pérdidas y calentamientos adicionales. Vibraciones, desgaste mecánico; ruido

• Interruptor automático Disparos intempestivos por los elevados valores cresta de I.

• Cables Pérdidas y calentamientos dieléctricos, especialmente en el neutro si hay armónicos de orden 3 Pérdidas de datos o funcionamiento defectuoso de los equipos de control

• Electrónica de potencia Perturbaciones relacionadas con la forma de onda: conmutación, sincronización...

Impactos económicos El envejecimiento prematuro (reducción del 5% hasta el 38% de la vida útil) Las sobrecargas en la red de distribución pueden necesitar niveles de contratación de potencia superiores y aumentar las pérdidas. La distorsión de las ondas de corriente

ARMÓNICOS

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Los indicadores característicos de los armónicos son los índices de distorsión de tensión (THDu) y de corriente (THDi) Armónicos de tensión Si THDu > 8%: Contaminación importante por lo que es probable que el funcionamiento sea defectuoso: se hace necesario el análisis y el uso de un dispositivo de atenuación. Batería con filtros Si 2,5% < THDu < 8%: Contaminación significativa, por lo que podrá existir algún funcionamiento defectuoso. Batería recomendada con filtros Si THDu < 2,5%: Se considera una situación normal. Batería sin filtros Si el 3er armónico supera el 0,5% del total, la batería debería ser protegida mediante filtros del 3er armónico Armónicos de corriente Si THDi > 50%: Contaminación importante por lo que es probable que el funcionamiento sea defectuoso: se hace necesario el análisis y el uso de un dispositivo de atenuación. Si 10% < THDi < 50%: Contaminación significativa, por lo que podrá existir algún funcionamiento defectuoso. Si THDi < 10%: Situación normal. En cualquier batería sin filtros de protección puede producirse el efecto de la resonancia, sea cual sea el nivel de armónicos

ARMÓNICOS

INSTALACIÓN DE UNA BATERÍA DE

CONDENSADORES

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¿Donde instalar la batería? Compensación individual Ventajas: - Suprime las penalizaciones por un consumo excesivo de energía reactiva. - Optimiza toda la instalación eléctrica. La corriente reactiva Ir se abastece en el mismo lugar de su consumo. - Descarga el centro de transformación (potencia disponible en kW). Observaciones: - La corriente reactiva no está presente en los cables de la instalación. - Las pérdidas por efecto Joule en los cables se suprimen totalmente.

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¿Dónde instalar el equipo calculado? Compensación parcial Ventajas: - Suprime las penalizaciones por un consumo excesivo de energía reactiva. - Optimiza una parte de la instalación, la corriente reactiva no se transporta entre los niveles 1 y 2 - Descarga el centro de transformación (potencia disponible en kW).

Observaciones: - La corriente reactiva (Ir) está presente en la instalación desde el nivel 2 hasta los receptores. - Las pérdidas por efecto Joule en los cables se disminuyen.

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¿Dónde instalar el equipo calculado?

Compensación global Ventajas: - Suprime las penalizaciones por un consumo excesivo de energía reactiva. - Ajusta la potencia aparente (S en kVA) a la necesidad real de la instalación. - Descarga el centro de transformación (potencia disponible en kW).

Observaciones: - La corriente reactiva (Ir) está presente en la instalación desde el nivel 1 hasta los receptores. - Las pérdidas por efecto Joule en los cables no quedan disminuidas.

Tipos de compensación de energía reactiva

• La compensación fija de energía reactiva se utiliza en motores y en transformadores de potencia. Esta solución consta de un condensador con su envolvente y su protección según modelo.

• La compensación automática de energía reactiva es la más generalizada y es la manera de compensar la energía reactiva en cabecera de la instalación de una manera económica.

BATERÍAS DE CONDENSADORES

FIJAS

Potencia a compensar en un transformador

• La energía reactiva a compensar en los transformadores es la suma de una

cantidad fija debida a su funcionamiento en vacío y otra que absorbe cuando se encuentra en carga.

• Qt = Qo + Qc • La potencia en vacío es Qo = √3 x Un x I0 , donde Un es la tensión del

primario e I0 es la corriente de vacío en %. • La potencia en carga es Qc = Ucc/100 x (S/Sn)2 x Sn, donde Ucc es la

tensión de cortocircuito en %, Sn la potencia nominal y S la potencia de carga.

• En el caso de no disponer de estos valores podemos utilizar la siguiente tabla como orientación.

• La potencia reactiva total consumida por un transformador a plena carga está cerca del 10% de la potencia nominal del mismo.

Tabla de transformadores

Gama de baterías de condensadores fijas para transformadores

• Protección por:

– Fusibles

• EFIBANK PRO F 25/440

– Fusibles e interruptor de corte en carga o manual.

• EFIBANK PRO FS 25/440

– Interruptor magnetotérmico (Corriente de corte según pedido)

• EFIBANK PRO FM 25/440

Potencia a compensar en un motor.

• La energía reactiva a compensar en los motores se calcula con la corriente magnetizante I0 y la tensión nominal Un.

• Qt = √3 x Un x I0 • Para evitar el peligro de la autoexcitación es necesario limitar

la potencia del condensador al 90% (EN 60831-1) de la potencia reactiva necesaria para el motor a menos que disponga de un contactor que pueda desconectar el condensador fijo del motor. En el caso de no utilizar contactor la potencia sería:

• Qt = 0,9 x √3 x Un x I0

• A continuación disponemos de una tabla resumen de la potencia a compensar.

• Otra forma mas general de compensar es instalar una batería de condensadores fija del 30% de la potencia en kW del motor.

Tabla de motores 400V 50Hz

Gama de baterías de condensadores fijas para motores

• Además de las referencias para motores, de conexión directa en bornas del motor,

• Dependiendo del tipo de conexión: – Contactor

• EFIBANK PRO FC 25/440

– Contactor y temporizador (Retardo a la conexión). • EFIBANK PRO FCT 25/440

– Contactor y resistencias rápidas de descarga • EFIBANK PRO FCR 25/440

BATERÍAS DE CONDENSADORES

AUTOMÁTICAS

Compensación automática.

• Lo habitual es compensar en cabecera, en lugar de compensar por línea o por máquina.

Componentes de una batería de condensadores automática

Red

400V

Instalación

interior

Batería de

condensadores

Batería de condensadores automática EFIBANK

– Baterías de condensadores pequeñas y ligeras

– Tensión de condensadores 440V

– Componentes de la más alta calidad, condensador, contactor y regulador

– Instalación sencilla. Posibilidad de instalación de bornas de conexión rápida. PLUG & PLAY

Baterías de condensadores pequeñas y ligeras

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Regulación física / eléctrica - EJEMPLO Escalón físico: Nº de escalones (condensador + contactor) que forman una batería de condensadores automática

ESCALONADO A MEDIDA DE LA INSTALACIÓN

5kVAr

+ 3 x = 15kVar

5kVAr

1 x

10kVAr

1x =15kVAr

• Fabricante Nº1 Alemán y Nº 2 Mundial

• Cuota de mercado mundial de Condensadores de corrección de factor de potencia en baja tensión del 22%.

• La más alta calidad de condensadores, integración de todo el proceso productivo desde el film hasta el terminal y el relleno de gas.

Componentes EFIBANK Condensador EFICAP+ MKPg

– Condensador de tensión nominal 440V.

– Material de relleno Nitrógeno. – Gas inocuo al medio ambiente,

evita daños, manchas y polución. – Condensadores más ligeros,

baterías más ligeras. – Tª máxima de 60ºC – 150.000 horas de vida – 3 años de garantía.

Condensador EFICAP+ MKPg

• Film de polipropileno metalizado

• Al+Zn

• Al: estabilizar, evita corrosión

• Zn: mayoritario

• Autocicatrizante

• Evaporación capa Zinc, se corta el arco

• El fusible interno desconecta el condensador

• Expansión del gas por Tª, elevación de la tapa y desconexión

Condensador EFICAP+ MKPg TERMINALES CAPAGRIPTM

• Resistentes

• Bajas pérdidas

• Alto IP

• Buen agarre

• Llave Torx

Condensador EFICAP+ MKPg

Temperatura

ambiente

Corriente de

operación

Picos de

tensión y

transitorios

Sobretensiones

continuadas

Frecuencia de

los contactos

Tiempo de vida,

seguridad

Condensador EFICAP+ MKPg Efecto de la temperatura sobre los condensadores

Horas de vida

Un

Sobretensiones continuadas

EFIBAT utiliza condensadores de UN=440 V

Componentes EFIBANK+ Contactor EFICAP C

• Contactores ELECTRONICON de la más alta calidad.

• Contactos de precarga con control magnético para protección de picos de corriente.

• Resistencias de amortiguación. • El uso de contactores con contactos

de precarga incluso para equipos desintonizados (baterías con filtros de armónicos), previene resonancias durante el periodo de arranque.

Contactor EFICAP C

1. El condensador se precarga durante

5 a 10 ms con una corriente de

precarga “pequeña”

2. El contacto principal se cierra varios

milisegundos después

3. Los contactos de precarga se

desconectan unos milisegundos

después

La corriente de conexión entre

15 y 30 veces

Componentes EFIBANK+ Regulador del factor de potencia PFR-X

El regulador de reactiva PFR garantiza una óptima corrección de factor de potencia con el mínimo número de operaciones de conmutación.

Funciones diferenciadoras: • Ajuste automático de los parámetros de la

batería sin ajustar ningún valor ni de condensadores ni de relación de transformación de corriente.

• Compensación de la potencia reactiva del transformador de potencia.

• Chequeo de la capacidad real del condensador y número de maniobras.

• Posibilidad de compensar un transformador de cualquier potencia

Componentes EFIBANK+ Filtros de armónicos EFICAP L7

• Las reactancias desintonizadas se utilizan junto con los condensadores para evitar sobrecargas y resonancias.

• Reactancias con una muy alta linearidad.

Datos Generales

• Material devanado: banda de aluminio o devanado de cobre

• Dispositivo de seguridad: interruptor térmico (125ºC±5ºC).

• Impregnante: resina de poliéster clase F.

• Esperanza de vida estadística >200.000 h.

PROTECCIONES

• FUSIBLES

• INT. DE CORTE EN CARGA

• INT. MAGNETOTÉRMICO

• INT. DIFERENCIAL

PROTECCIÓN DE SERIE: FUSIBLES

TODAS LAS COMBINACIONES SON POSIBLES

Gama de baterías de condensadores automáticas para transformadores

Modelo Rango de potencia (kvar) Características

EFIBANK+ A 5-1200

Regulador PFR-X

Contactores EFICAP C Y K

Escalones según potencia

EFIBANK+ AL7 7,5-1200

Regulador PFR-X

Contactores EFICAP C

Escalones según potencia

Filtros armónicos

EFIBANK PRO A 5-90 Regulador EFI-REG6

Escalones 3 serie 4 opcional

EFIBANK PRO A CR 5-75

Regulador PFR-X

Escalones 3 serie 4 opcional

Conexión Plug&Play

EFIBANK MAX2 A 5-60 Relé de reactiva

Escalones 2

EFIBANK MAX3 A 5-90 Relé de reactiva

Escalones 3

Configuración de baterías a medida del cliente

GRACIAS POR SU ATENCIÓN