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Compensación de Energía Reactiva

‘‘Energía El#ctrica’’ Siglo XIX

‘‘Corriente Continua’’ Thomas Alva Edison

‘‘Corriente Alterna’’ Niola Tesla

Transmisión a Transmisión grandes distancias ! "esarrollo "esarr ollo industrial

‘‘Energía Reactiva’’

Naturale$a de la Energía Reactiva Energía activa Todas odas las las m%&u m%&uina inass el#ct el#ctri ricas cas alim aliment entad adas as en cor corrien rientte alt alterna erna con convier viertten la ener energ gía el#ct l#ctri rica ca suminis suministr trada ada en tr tra'a a'a(o (o me mec% mec%n c%ni nico ico co ! calor calor) calo ca lorr) tra'a(o mec%nico Esta energía se mide en *h ! se denomina energía energía activ activa) a)

Energía reactiva

Este trasiego de energía entre los receptores y la fuente, provoca pérdidas en los conductores, caídas de tensión en los mismos, y un consumo de energía suplementario que no es aprovechable directamente por los receptores.

Ciertos receptores necesitan campos magn#t n#ticos para su +unci ncionam namiento nto ,motor otores es-trans+ormadores))). ! consumen otro tipo de energía energía denomin denominada ada energía energía reactiv eactiva) a) El motivo es &ue este tipo de cargas ,den denomi ominad nadas as inductivas inductivas. induct ind uctiv ivas as. a' a'so sor' r'en en energía enerrgí ene gía a de denominadas a'sor'en la red durante la creación creación de de los los campos campos magn#ticos &ue necesitan para su su magn#ticos &ue necesitan para +uncionamiento ! la la entregan entregan durante durante la la destrucci destrucción ón de de los lo los mismos) mism mismos os) destrucción mismos

/otencias en Sistemas Tri+%sicos     cos 

    sen 

    

/otencia Activa Activa00 1otivada por los elementos resistivos del sistema el#ctrico- la cual genera tra'a(o) /otencia /otencia Reactiva0 Reactiva0 /roducida por los elementos reactivos del sistema- la cual es responsa'le de generar campos magn#tico o el#ctrico)

     

   cos 

   sen 

   tan 

2actor de potencia 3a(o condiciones de tensión ! corriente senoidales

 

 



Si el des+asamiento es motivado por la presencia de un inductor entonces el +p es inductivo o atrasado , I atrasado con respecto a la 4.



Si el des+asamiento es motivado por la presencia de un capacitor entonces el +p es capacitivo o adelantado , I se adelanta con respecto a la 4.



Entre mas pe&ue5o es el %ngulo de des+asamiento entre la tensión ! la corriente- el +p se acerca mas a la unidad)



6n +p cercano a la unidad implica &ue casi toda la potencia entregada por la +uente de tensión se tras+orma en tra'a(o)

 

   ! "  

# $  $ %

=cos 

El +p indicar% el 7rendimiento el#ctrico8 de una instalación)

"iagrama de Impedancias

&  '  () *

&  ' + (),

Sentido de 2lu(o de /otencia

   -    (

9/or &u# me(orar el +actor de potencia:

6na ma!or corriente signi+ica0 /#rdidas adicionales)  1%s emisiones de C;<  Enve(ecimiento prematuro del e&uipo)  1a!or costo de la electricidad)  "escone=ión por inter+erencias de los rel#s- detectores de so're intensidad)  1a!ores costos de los e&uipos)  /osi'les +luctuaciones de la tensión) 

9Cómo de'emos hacer para compensar la >: INSTA@ACI;N SIN C;1/ENSAR

?eneración de Energía

Energia Activa Energía Reactiva

Red de Energia Activa Transmisión El#ctrica Energía Reactiva

@%mpara 1otor incandescente

Energía Activa suministrada ! +acturada por el proveedor de energía) Energía Reactiva suministrada ! +acturada por el proveedor de energía)

INSTA@ACI;N C;1/ENSA"A

?eneración de Energía

Energia Activa

Red de Transmisión El#ctrica

Energia Activa Energía Reactiva

3anco de condensadores Confidential Property of Schneider Electric

@%mpara 1otor incandescente

Energía Activa suministrada ! +acturada por el proveedor de energía)

Factor de potencia de los receptores más usuales

Confidential Property of Schneider Electric

2actor de /otencia Típicos en la Industria

4enta(as de un sistema de compensación

4enta(as de la compensación de la energía reactiva) Aumento de la potencia disponi'le 1ediante la reducción de la intensidad e+ica$- se me(ora el rendimiento el#ctrico de la instalación- ! permite aumentar la potencia disponi'le en el secundario de un trans+ormador 1T3T) En la siguiente ta'la se muestra el aumento de potencia disponi'le en +unción del cosB inicial si se corrige hasta un cosB D) Confidential Property of Schneider Electric

E(emplo /ractico


CA/ACI"A" "E@ TRANS2;R1A";R "E AC6ER"; C;N E@ 2ACT;R "E /;TENCIA

4enta(as de la compensación de la energía reactiva) Reducción de la sección de los conductores /ermite la reducción de la sección de los conductores a nivel de pro!ecto- por&ue para una misma potencia activa la intensidad resultante de la instalación compensada es menor) En la siguiente ta'la se o'serva el coe+iciente multiplicador de la sección del conductor en +unción del cosB de la instalación)


C6R4AS "E RE"6CCI;N "E C;RRIENTE EN A@I1ENTA";RES

E(emplo  D) Calcular la corriente en un sistema industrial- una ve$ &ue se me(oro el +actor de potencia de F)G hasta F)Hsi se sa'e &ue la tensión nominal en el secundario del trans+ormador es de <
Solución0 @a corriente en el alimentador- antes de reali$ar la corrección es0  .  = %/%1 2 /  cos. 1ientras &ue la corriente despu#s de reali$ar la compensación es0  > = = ?@A 2 /  cos > @a reducción de corriente en alimentador0 34567789: 54 793384:;4 = /< 2

1ientras &ue el porcenta(e de reducción de corriente es0 cos. B3C = %  D %## = 1@E/B cos>

D) E(emplo resuelto Confidential Property of Schneider Electric Confidential Property of Schneider Electric

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4enta(as de la compensación de la energía reactiva) "isminución de las p#rdidas Se reducen las p#rdidas por e+ecto Loule ,calentamiento. en los conductores ! trans+ormadores) Estas p#rdidas son conta'ili$adas como energía consumida ,*h. en el contador- son proporcionales a la intensidad elevada al cuadrado) Estas p#rdidas se pueden determinar segMn la siguiente +órmula0 Confidential Property of Schneider Electric

C6R4AS "E RE"6CCI;N "E /ER"I"AS EN @A IN"6STRIA /;R C;RRECCI;N "E@ 2ACT;R "E /;TENCIA

E(emplo  <) Calcular la reducción de perdidas en los conductores del e(emplo D &ue el circuito tiene una longitud de DFFm ! un conductores con resistencia longitudinal de F)FGJ ,m.)

Solución0 @a corriente en el alimentador- antes de reali$ar la corrección es0  .  = %/%1 2 /  cos. 1ientras &ue la corriente despu#s de reali$ar la compensación es0  > = = ?@A 2 /  cos > @a reducción de corriente en alimentador0 34567789: 54 793384:;4 = /< 2

1ientras &ue el porcenta(e de reducción de corriente es0 cos. B3C = %  D %## = 1@E/B cos>

<) E(emplo /ropuesto Confidential Property of Schneider Electric Confidential Property of Schneider Electric

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Cada var instaladoe&uivale a una reducción de DFF gr de emisiones de

CF<

Cuidado del medio am'iente Confidential Property of Schneider Electric

Tipos de compensación de energía reactiva

9"ónde compensar: 1 /or el nivel de tensión0 O 3anco de capacitores en AT O 3anco de capacitores en 1T O 3anco de capacitores en 3T 2 /or su u'icación en el sistema0 O 3anco de capacitores individual O 3anco de capacitores parcial O 3anco de capacitores total 3 /or su +uncionamiento0 O 3anco de capacitores +i(o O 3anco de capacitores autom%tico

Compensación Automática


9"ónde compensar: @a instalación de los 3anco de Capacitores en una red el#ctrica depender% de los siguientes criterios0 ;'(etivo deseado0 deseado0 Supresión de penali$aciones- descarga de las líneas- aumento de la capacidad de los trans+ormadores- aumento de la tensión) Se pueden dar los siguientes tipos de compensación de energía reactiva0 P 3C AT en red de distri'ución AT P 3C 1T- regulada o +i(a- para a'onado 1T P 3C 3T- regulada o +i(a- para a'onado 3T P Compensación +i(a para motor 1T P Compensación +i(a para motor 3T


"eterminación de la potencia reactiva

9Cómo de'emos hacer para compensar la >:

Aplicando Compensación


Trans+ormadores de /otencia @a compensación de energía reactiva de los trans+ormadores de'e ser la necesaria para corregir la reactiva &ue aparece en su +uncionamiento en vacío- &ue es una cantidad +i(a ,>o.- ! la reactiva &ue a'sor'e cuando se encuentra en carga ,>carga.)


E(emplo  D) Se re&uiere compensar un trans+ormador de aceite de QJF4A &ue alimenta una carga igual al QF de su potencia nominal) "atos e=traídos de la placa de características del trans+ormador0 Io  D) 6cc   /cu  )H * /+e  D)<*

Solución0 @a potencia de corrección del 'anco de capacitores conectada al trans+ormador de'er% ser0

C 

> > F G H I> +JK  L*> FMCC H I> +CN

 %?EO P23 Si reali$amos los c%lculos con la ecuación simpli+icada0

C =  G H + L *> MCC H

= 1#E< P23

Si calculamos en +orma apro=imada0

C = #E # 

= %OE? P23

J) E(emplo resuelto Confidential Property of Schneider Electric Confidential Property of Schneider Electric

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TA3@A "E C;1/ENSACIUN "E TRANS2;R1A";RES "E /;TENCIA EN ACEITE

TA3@A "E C;1/ENSACIUN "E TRANS2;R1A";RES "E /;TENCIA TI/; SEC;

1otores Asíncronos de /otencia El +actor de potencia de un motor de inducción es 'ueno a plena cargageneralmente entre un F ó HFdependiendo de la velocidad ! del tipo de motor) Sin em'argo- para cargas pe&ue5asel +actor de potencia disminu!e r%pidamentegeneralmente los motores de inducción no tra'a(an a plena carga- lo &ue da un 'a(o +actor de potencia durante la operación)

C6R4A "E 1A?NETIVACI;N TI/ICA "E 6N 1;T;R ASINCR;N;

Cuando un motor arrastra una carga &ue tiene una gran inercia puededespu#s del corte de la tensión de alimentación- seguir +uncionando utili$ando su energía cin#tica ! ser autoe=citado por un capacitor conectado a sus 'ornes) Estos le suministran la energía reactiva necesaria para su +uncionamiento en generadora asíncrona) "icha autoe=citación provoca un mantenimiento de la tensión ! a veces so'retensiones elevadas) /ara evitar este +enómenoes necesario asegurar &ue la potencia de la 'atería es in+erior a la potencia necesaria para la autoe=citación del motor)

Compensación 2i(a de 1otores Asíncronos ! Trans+ormadores

7 Cuando una capacitor est% instalada en los 'ornes de un motores necesario asegurarse &ue la potencia del capacitor es in+erior a la potencia necesaria para la autoe=citación del motor 8

@imitar las corrientes capacitivas de los condensadores- limitando la potencia de la 'atería de condensadores instaladapara &ue #stas sean in+eriores a la intensidad de vacío del motor)

Reali$ar la compensación en 'ornes a trav#s de un contactor- de +orma &ue al desconectar el motor de la alimentación los condensadores &ueden aislados de los terminales del motor)

Compensación 2i(a de 1otores Asíncronos ! Trans+ormadores

1otores asíncronos 72enómeno de autoe=citación8

C%lculos

En la pr%ctica se puede apro=imar como0

TA3@A "E C;1/ENSACI;N "E 1;T;RES ASINCR;N;S

E(emplo  <) Se re&uiere compensar el siguiente motor asíncrono tri+%sico0

SoluciónW

Con el o'(etivo de o'tener una +actor de potencia ma!or a F)H)

) E(emplo E(emplo propuesto propue sto propuesto Confidential Property of Schneider Electric Confidential Property of Schneider Electric

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Corrección del +actor de potencia a partir de +acturas Corrección RES;@6CIUN "E C;NSEL; "IRECTI4; ;R?ANIS1; S6/ER4IS;R "E @A IN4ERSIUN EN ENER?A Y 1INERA ;SINER?1IN N°
a. Consumo de energía reactiva reactiva inductiva hasta el JF de la energía activa total mensual) Sin cargo alguno) '. Consumo de energía reactiva reactiva inductiva &ue e=ceda el JF de la energía activa total mensual) 2actur 2ac tura a  4AR)h 4AR)h en e=ceso e=ceso = CER CER  Cargo por Energía Reactiva- e=presado en S)4AR)h


/ago por concepto de consumo de energía reactiva


Calculo de la potencia compensar A partir del reci'o de la empresa Suministradora D) "eterminar el cosB la instalación Sumaremos todos los consumos de potencia activa ,,*h *h. *h Sumaremos todos los consumos de potencia reactiva ,4Arh ,4Arh. 4Arh.

<) "eterminar la potencia activa consumida

J) Aplicar la +órmula general


D) Calcular el +actor de /otencia del sistema <) Cual es /otencia re&uerida ,>r. para no pagar por concepto de consumo de energía reactiva) Considerar 0 [oras de tra'a(o
) E(emplo /ropuesto Confidential Property of Schneider Electric Confidential Property of Schneider Electric

43

E(emplo de compensación de energía reactiva

K*O[

K*O[

K4ARO[

Energía Activa T;TA@ K*O[

Enero

<F FF)FF

D FQ< JFF)FF

DF QF)FF

D JF< FF)FF

+e'rero

<< QGH)FF

D DFH FF)FF


D JJ GH)FF

mar$o

<
D DFF Q
HH FH)FF

D J
a'ril

D FJF GHF)FF

H FQH)FF

D
ma!o

D FD QF)FF

GF GQF)FF

D
(unio

D DDF GF)FF

DD F)FF

D J F)FF

Energía Activa [/ Energía Activa 2[/

Energía Reactiva

/ara reali$ar un an%lisis de compensación se re&uiere los Q Mltimos datos de energía de consumo de la empresa)

E(emplo de compensación de energía reactiva Total

Numero de horas

/otencia Reactiva

/otencia Activa T;TA@

dias

[

K4AR

K*

JD

<

QQ)<

D GD)F

<

<

GGH)GJ

D HG)J<

JD

<

QGF)J

D GGH)D

JF

<

QHD)GQ

D GH)FF

JD

<

QJ<)G

D GDF)F

JF

<

GDF)HF

D QG)J /R;1E"I;

2actor de /otencia

/otencia Reactiva

CosB e=istente

cosB o'(etivo

K4AR

F)HJDD

F)H

JJF)QG

F)HJFH

F)H

JGQ)DH

F)HJG

F)H

JFH)Q

F)HJFQ

F)H

JJ)

F)H

<)F

F)HJQ

F)H

JJD)GF

F)HJ

F)H

J<)FJ

F)HJGH

enero +e'rero mar$o a'ril

ANA@ISIS EC;N;1IC; /ago por concepto de consumo de energia reactiva Consumo /recio 6nitario DDH G
Importe S)  DHF)
ma!o

H FGQ)FF

F)FJQD

J
(unio

DF )FF

F)FJG

J G<)HD

/R;1E"I;

DDF D<<)QG

F)F

J HJF)

/recio por K4Ar instalado \ /otencia del 3anco de Capacitores K4Ar Costo del 3anco de Capacitores \ Costo del 3anco de Capacitores S) Importe promedio mensual Retorno de la IN4ERSI;N ,meses. Confidential Property of Schneider Electric

GF)FF JJF)FF
E=pectativa de vida de un 'anco de capacitores0 DO
@a monitori$ación es la me(or herramienta de diagnostico 47

9Cómo se reali$a un estudio de Compensación de energía reactiva en un sistema e=istente:

Calculo de la potencia compensar A partir de un an%lisis de mediciones Corriente ,Irms. Tension ,4rms. T["v ,. T["i ,. 2actor de /otencia


Calculo de la potencia compensar A partir de un simulaciones So+t]are


Modelamiento en Software de Sistemas de Potencia

56

Modelamiento en Software




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