Factor Potencia

InstitutoTecnolgico de Costa RicaEscuela de Ingeniera ElectromecnicaInstalaciones Elctricas

Profesor: Ing. Greivin Barahona Guzmn

Referencia: Gua de utilizacin e instalacin de loscondensadores de B.T. (MERLIN GERIN).

Quienes la utilizanTodo equipo elctrico, que en su principio defuncionamiento est basado en la creacin de uncampo electromagntico, hace uso de un consumode potencia reactiva (positiva-debida a factor depotencia en adelanto).Los equipos industriales y comerciales, quepresentan esta caracterstica son:

Motores Transformadores Luminarias fluorescentes Otros

Quienes la utilizanUn aspecto en comn de los equipos anteriores, esque ellos estn en mayor o menor medidaconformados por bobinas, elemento que encorriente alterna utilizan la energa reactiva paracrear sus campos electromagntico.La potencia reactiva es la nica potencia en lacorriente alterna, que tiene caracterstica de ser opositiva (bobinas) o negativa (capacitiva).

Quienes la utilizanComo se mencion, el uso de la potencia reactiva esinevitable a nivel industrial, por lo que tpicamenteuna industria va a demandar una potencia reactiva,que obviamente si no est corregido el factor depotencia, esta energa proviene de su fuente dealimentacin (distribuidor de energa local).Por lo tanto; si dicha energa provienes deldistribuidor de energa local, se tienen los siguientesinconvenientes:

Quienes la utilizan Sobrecargas a nivel de transformadores (transportan la

potencia activa y reactiva del sistema). Mayor cada de tensin en lneas de transmisin y

distribucin. Aumento de la magnitud de las corrientes del sistema

(corriente con componentes de la potencia activa yreactiva).

Sobredimensionamiento de las protecciones del sistema. Y sobre todo; lo ms importante, se ve disminuida la

capacidad de potencia aparente del sistema (energa noutilizada eficientemente). Disminuyendo la cantidad deusuarios que un mismo sistema puede abastecer.

El factor de potenciaEl factor de potencia (fp) es el indicador de un sistema(industria o comercio), que representa que taneficientemente se utiliza la energa del sistema paragenerar un trabajo. Donde 1 es lo ptimo (si no hayproblemas de resonancia)El factor de potencia se utiliza para designar la relacinde la potencia de que dispone realmente la instalacin(cuanto de potencia activa y cuanto de potenciareactiva), o sea; la cantidad que realmente se utilizarasi el voltaje y la corriente estuvieran en fase (potenciaactiva mxima).

10:cos == fpDondeSPfp

El factor de potenciaPara un suplidor de energa, un buen factor depotencia estar entre 0.9 o 0.95, dependiendo decuanta potencia activa consuma el cliente. Por lotanto; dependiendo de cuanto sea este valormnimo, si su factor de potencia real es igual osuperior no ser penalizado.Dentro de una misma instalacin elctrica, el fppuede ser diferente de un aposento a otro o de unequipo a otro. Por lo que es importante conocer elcomportamiento de los receptores para elegir lamejor manera de corregirlo, dentro de losdiferentes productos disponibles.

Tabla: Factor de potencia de aparatos ms corrientes

Fuente: Gua de utilizacin e instalacin de los condensadores de B.T. (MERLIN GERIN).

Compensacin de la potencia reactivaPara evitar que la potencia reactiva positiva, seagenerada y fluya por los sistemas del distribuidor ygenerador de la energa y de esta manera, evitar elcobro de la multa por bajo factor de potencia de unainstalacin elctrica, existen generadores autnomosde energa reactiva negativa, que ayudara acompensarla en el sistema (batera de condensadorescapacitores de potencia). De esta manera se limitarnlas prdidas de energa activa en los cable, se dispondrde una potencia suplementaria disponible en lossecundarios de los transformadores y se mejorar laestabilidad de la tensin al final de las lneas.

Dnde y como instalar la compensacin reactiva?1. Compensacin global:Ventajas: Suprime las multa por bajo

factor de potencia. Descarga al transformador en

la transferencia de VA.Observaciones: El componente de la corriente

reactiva circula en toda ladistribucin de la instalacin.

No disminuye las cadas detensin en ramales yalimentadores. Fuente: Gua de utilizacin e instalacin de los condensadores de B.T. (MERLIN GERIN).

Dnde y como instalar la compensacin reactiva?2. Compensacin parcial:Ventajas: Suprime las multa por bajo factor

de potencia. Descarga al transformador en la

transferencia de VA. Disminuye la cada de tensin en

los alimentadoresObservaciones: El componente de la corriente

reactiva circula en toda losramales de la instalacin.

No disminuye las cadas detensin en ramales.


Dnde y como instalar la compensacin reactiva?3. Compensacin individual:Ventajas: Suprime las multa por bajo

factor de potencia. Descarga al transformador en

la transferencia de VA. Disminuye la cada de tensin

en los alimentadores y ramalesObservaciones: El componente de la corriente

reactiva no est presente enlos cables de la instalacin.


Eleccin de la compensacin de la potencia reactiva

Criterios de la eleccin de la compensacin reactiva: Rentabilidad del material. Topologa de la instalacin elctrica. Optimizacin de la red (ubicacin de la

compensacin). Tipo de compensacin:

Capacitor Fijo. Banco de condensadores automtico.

Compensacin de tipo fijoLa potencia reactiva consumida porun motor de induccin viene enfuncin de:

El tamao del motor. El nivel de carga de trabajo del

motor. La velocidad nominal. La frecuencia. La tensin

Fuente: Gua de utilizacin einstalacin de los condensadores deB.T. (MERLIN GERIN).

Compensacin de tipo fijoTabla: KVAr a instalar segn la potencia del motor


Compensacin de tipo fijoPara los motores de potencia iguales o superiores a250KW, la potencia de la compensacin reactiva enKVAr ser del orden del 20% de la potencia nominal delmotor en KWEn todos los casos la potencia reactiva suministrada porla compensacin (Qc) no debe exceder el 90% de lacorriente magnetizante necesaria.

Para un arranque directo se recomienda uncondensador trifsico de tres bornes.

VenreladealnovoltajeVAenVacotemagnetizancorrienteI

VArenreactivapotenciaQDonde

VIQ

n

C

nC

_____min___)(_

___:

9,03

0

0

===

=

Compensacin de tipo fijoEn motores de arranque estrella delta es necesario: Que los condensadores sean conmutados

simultneamente con los arrollamientos del motor. Utilizar condensadores con 6 bornes previstos para

este tipo de aplicacin. Los de 3 bornes pueden serutilizados mediante ciertas precauciones.


Compensacin de tipo fijoEn el caso de los transformadores, ellos entregan lapotencia reactiva que necesiten sus receptores, perotambin ellos tienen un consumo para sufuncionamiento, por lo que su compensacinindividual, va en funcin de su corriente demagnetizacin en vaco o en carga.Ser necesario asegurarse que la potencia en KVAr noexceda nunca del 10 al 15% de la potencia deltransformador y para ello se puede efectuar segn lasiguiente tabla:

Compensacin de tipo fijoTabla: KVAr a instalar segn la potencia del transformado


Compensacin de tipo automticoEs tipo de compensacin permite adaptarautomticamente la potencia reactiva suministrada porla compensacin segn las necesidades de la red.Su funcionamiento se hace por etapas decondensadores, de manera que el fp se mantendrsiempre en un valor prefijado e indicado por unregulador VARmetrico, cuya funcin es dar las ordenesde cierre o apertura de los contactores de las etapas.Ejemplo:Un compensador automtico de 300KVAr puede estarconformado por 6 etapas de 50KVAr cada uno.

Compensacin de tipo automtica


Compensacin de tipo automticoSe recomienda utilizar este tipo de compensacin en: Baja tensin (secundario del transformador) Mucha carga instalada de factor de potencia atrasada

(15 % o ms de los KVAr de la potencia nominal del olos transformadores en KVA).

Cuando la optimizacin de la red es indispensable(evitar a toda costa la multa).

La siguiente tabla ayuda a calcular la potencia de lacompensacin a partir de la potencia en KW y del fp dela instalacin:


Ejemplo: buen fp implica economa


. Contina

Contina.

Ejemplo:La factura mensual de un cliente de una instalacinelctrica industrial (fbrica), presenta en resumen lossiguientes datos:

KW/h = 35 540Factor de potencia = 0,67Factor de potencia mnimo permitido = 0,9No presenta datos de demanda mxima.

La fbrica trabaja 12 horas al da de lunes a viernes conel siguiente rgimen de carga:

8 horas al da: plena carga. 4 horas al da: 25% de la plena carga

Determine la potencia de compensacin reactiva ainstalar para corregir la multa.

Solucin del EjemploCalculo de las horas de trabajo a plena carga por da:

8 + 4 x 0,25 = 9 horasCalculo de las horas de trabajo a plena carga por mes:

hmesalacplenaHorasdasmesallaboralesDas

dassemana

dassemanasmesallaboralesDas

semanasdas

semanamesdasmes

198922__arg__22___

42,21528,4___

28,47

1301

==

==

==

Solucin del EjemploCalculo de la potencia en KW al mes:

Seleccin del factor segn tabla para la determinacinde la potencia a instalar, tomando en cuenta que elfactor de potencia mnimo es 0.9, por lo que a manerade seguridad se seleccionar el factor en base a 0.95:

Por lo tanto; el valor de la compensacin reactiva es:KVAr = 179 KW x 0,779 =139 KVAr = 140 KVAr

KWh

hKWKW 179198

/35540==

Aspectos GeneralesComo ya se sabe, los elementos reactivos (bobinas ycondensadores) en los momentos de conexin ydesconexin de las redes elctricas, son afectados poraspectos transitorios.En el caso de los condensadores de compensacinreactiva, la corriente de cresta que se da en elmomento de la conexin, depende de: La potencia de corto circuito de la red. De la potencia de los condensadores conectado

(nmero de escalones conectados). De los condensadores ya conectados.

Aspectos Generales

Donde:IC = corriente de cresta.In = corriente nominal.PCC = potencia de corto circuito de la redQC = potencia de los condensadores.n = nmero de escalones conectadosC = capacitancia en FL = Inductancia de conexin de un escaln en H

LCE

nnI

escalnEnsimoQPII

C

ccnC

+=

=

32

1

_

2.0

Aspectos GeneralesLa corriente de cresta puede alcanzar en compensacinautomtica hasta 200 veces la corriente nominal delescaln conectado.Esta corriente deber ser limitada a 100 veces medianteel empleo de inductancia de choque, entre elcondensador y las barras del equipo (compensacinautomtica) o el condensador y la red (compensacinunitaria), para preservar la duracin de vida de loscontactores y de los condensadores.La eleccin de elementos de maniobra y proteccindeben estar provistos para apertura y cierres bruscos,con la capacidad de soportar las corrientes transitoriasde 100 veces las corrientes nominales.

Aspectos GeneralesEn contactores previstos para lamaniobra de condensadores, lainductancia se realiza con el cableque une el contacto con la barrahaciendo 1 espira de 14 cm dedimetro.En contactores no previstos para lamaniobra de condensadores, lainductancia se realiza con el cableque une el contacto con la barra ola red haciendo 5 espiras de 14 cmde dimetro.


Aspectos GeneralesProteccin: el poder de corte utilizado ser comomnimo igual a la corriente de corto circuito mxima dellugar de la red donde se conecta la compensacin.Ests protecciones se calculan al 1,3 la corrientenominal de la compensacin y pueden ser: Disyuntor Disyuntor fusible (sistema combinado) Fusible

Aspectos GeneralesCables: la corriente para la seleccin del calibre, secalcula como 1,35 (NEC 460.8 y 460.9) la corrientenominal de la compensacin cuando la proteccin esdisyuntor y 1,6 a 2 la corriente nominal de lacompensacin cuando la proteccin es disyuntor masfusible o fusible.

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