20/05/2016
Objetivos Energías Renovables Auditoría y eficiencia energética
Identificar oportunidades para reducir los consumos de energía eléctrica, mediante la eficiencia energética.
Compensación de la energía reactiva
Objetivos Identificar formas de optimizar energía
Reducir el consumo de energía reactiva
Seleccionar la mejor opción para disminuir el consumo de Q
Introducción MVARs – quién hace el trabajo? trabajo? • MW vs. MVARs • MVARs: energía temporalmente temporalmente almacenada en la red eléctrica.
• ncrementa las pérdidas pérdidas • !ongesti"n en la red estabilidad del sistema sistema • A#ecta la estabilidad
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Tipos de compensación – FACT’s • $n serie
• $n paralelo
– Compensación en serie fija
– Compensación en serie controlada por tiristores
Energía reactiva • &as redes de corriente eléctrica suministran energía que se utili'a para dos #unciones.
– Capacitor mecánicamente conmutado
– Inductor mecánicamente conmutado
– C ompensador estático de energía reactiva
En proporciones del 65 al 75% de Q en relación a P.
Energía reactiva = é − é
• &a potencia reactiva es proporcional a la di#erencia entre estas
En proporciones del 5 al 10% de Q en relación a P.
En proporciones del 50% de Q en relación a P.
Factor de potencia El factor de potencia ( fdp) es la proporción de potencia activa en la potencia aparente. Es tanto mejor cuando se acerca al valor de 1.
energías. $ntonces( corresponde a la energía que #lu)e entre #uente ) carga.
• $n situaci"n de resonancia Wmagn * Welect( por lo que la #uente no necesita de intercambio de energía con el conjunto bobina ) condensador +*,.
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Mtodos de compensación de potencia reactiva
Factor de potencia •
Mediante m-quinas sincr"nicas capacitores sincr"nicos/
•
!ompensaci"n mediante !$V0s
•
!ompensaci"n mediante banco de capacitores sensible a las arm"nicas/
Mtodos de compensación de potencia reactiva • !ompensaci"n mediante !$V0s – Compensador estático de Var usa un control de magnitud de tensión en un !us particular de un sistema el"ctrico de potencia# Comprende !anco de capacitores fijo $/o conmutado# %e emplea principalmente en &'#
!oluciones "rente a los armónicos # $ • 1iltro pasivo • !ircuito &! sintoni'ado a cada rango arm"nico( que se va a #iltrar( se instala en paralelo con la carga no lineal. $ste circuito absorbe los arm"nicos( evitando así que circule por la red eléctrica.
Cargas industriales más de 200 kVA
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!oluciones "rente a los armónicos # $
!oluciones "rente a los armónicos # $ • 1iltros híbridos
Filtro activo
– )os filtros pasivos $ activos se com!inan en un *nico sistema#
$n este sistema se inclu)e electr"nica de potencia que estén instalados en serie o en paralelo con la carga no lineal( compensando la intensidad de arm"nico o la tensi"n de la carga.
+frece las ventajas de los dos tipos, - Cargas industriales con más de 200 kVA Instalaciones que requieren corrección del factor de potencia - I ns ta laci ones que debe n c umpl ir límites estrictos de armónicos
$n la #igura se muestra un compensador activo( que compensa la corriente arm"nica har * 2act /. n)ecta en la #ase opuesta los arm"nicos de la carga( de #orma que la corriente de línea permanece senoidal.
Cargas industriales menos de 200 kVA
Consecuencias del bajo "actor de potencia •
•
)a presencia de !atería de condensadores en una instalación no genera armónicos sin em!argo puede AM%&IFICA' &O! A'M()ICO! e-istentes#
Consecuencias del bajo "actor de potencia •
ncremento de la potencia aparente.
•
ncremento de las pérdidas
ncremento de las pérdidas por e#ecto 3oule –
Calentamiento de ca!les
–
Calentamiento de em!o!inados de transformadores
–
.isparo de dispositivos de protección
4obrecarga de los generadores( trans#ormadores ) líneas de distribuci"n –
educción de la vida *til
•
Aumento de la caída de tensi"n
•
ncremento de la #acturaci"n.
(
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*entajas de la corrección del "actor de potencia •
Reducci"n de las caídas de tensi"n
•
Reducci"n de la secci"n de los conductores
•
5isminuci"n de las pérdidas
•
Reducci"n del costo de electricidad
•
Aumento de la capacidad del trans#ormador para entregar
*entajas de la corrección del "actor de potencia
potencia activa.
*entajas de la corrección del "actor de potencia ∅ = 0.72
=
3∅
= 62
+anco de condensadores
∅ = 0.!"
=
3∅
= #7
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C,lculo de potencia reactiva a compensar 6or tabla es necesario conocer:
C,lculo del "actor de potencia de una instalación • Para el cálculo del fdp se tienen dos alternativas:
)a potencia activa consumida en #
– Realizar cálculos teóricos.
l factor de potencia inicial
– Medir directamente el fdp mediante un analizador de
l factor de potencia deseado
redes.
Para calcular la potencia de las baterías del banco de condensadores, vamos a datos de tabla a partir de la potencia en kW y del cos ϕ ant es y des pué s de l a i nsta la ció n. La ta bl a nos da un c oefi ci ent e a multiplicar por la potencia activa. Ejemplo: antes cosϕ = 0.75 y después cosϕ = 0.93
Ejemplo • Cálculo d e la potencia en de la instala ción d e 500 cos 4 e-istente es 0#5 cos 4 deseado 0#63# r a tablas 7.
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Ejemplo • Cálculo d e la potencia en de la instala ción d e 500 cos 4 e-istente es 0#5 cos 4 deseado 0#63# 7otencia reactiva a compensar, 8c 9 500 - 0#(: 9 2(0 ;&
Compensación "ija #-o autom,tica
Compensación "ija o autom,tica Compensación "ija o autom,tica • La forma correcta de determinar el valor del banco de condensadores es a través de un analizador de redes, y para conocer el fdp es:
• Compensación Fija – Se suministra una potencia reactiva de manera constante. – Debe utilizarse cuando se requiere compensar una demanda reactiva constante. – Recomendable en instalaciones donde la potencia reactiva a compensar no supere el 15%.
• Compensación variable – Suministrase potencia reactiva según las necesidades de la instalación. – Debe utilizarse donde la demanda reactiva sea variable – Recomendable en instalaciones donde la potencia reactiva a compensar supere el 15% de la potencia nominal del transformador (Sn).
Compensación de Q a través de condensadores fijos
Compensación de Q a través de batería de condensadores con regulación automática
Formado básicamente por: -Regulador -Condensadores -Contactores
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Compensación "ija o autom,tica La compensación puede realizarse de forma estándar o antiresonante. A partir de la relación Gh/Sn.
Compensación "ija o autom,tica Ejemplo Compensar un taller en el que la potencia reactiva es: – Demanda mínima de 13 kVAr/h – Demanda máxima de 17 kVAr/h – Demanda media de 15 kVAr/h
Compensación fija de 15 kVAr
&os
arm"nicos deben medirse en el secundario del trans#ormador( con carga plena ) sin condensadores conectados. &a potencia aparente debe tomarse al momento de la medida.
Compensación "ija o autom,tica Ejemplo Compensación variable
Compensación autom,tica Banco de condensadores automático
;&r regulación 1#1#1
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Compensación autom,tica Regulador
Compensación autom,tica Regulador
Mide el cos 8 de la instalaci"n ) da la orden a los contactores para intentar apro9imarse lo m-s posible al cos 8 deseado.
Relaci"n !;
&os datos que se programan en un regulador son:
6ara que el regulador pueda conectar un escal"n u otro( ha de conocer la potencia de cada escal"n ) su intensidad.
2 !os 8 deseado.
$l valor de !; se obtiene de la #"rmula siguiente.
2 Relaci"n !;.
Q1 = potencia del primer escalón, escalón base (VAr) U = Tensión de la red (V) RTI = relación de transformación del transformador de intensidad
Compensación autom,tica Regulador Relaci"n!;
Ejemplo: Datos: Q1 = 3 kVAr, V = 220 V, Rti = 80/5 $ &'( 3 ) * = % +, $ 3000'( 3 ) 220* = = 0.#! % &6
Compensación autom,tica Regulador Ejemplo: Batería de 70 kVAr formada por los siguientes escalones 10 + 20 + 40. Se conecta en una instalación donde el disyuntor general de protección es de 630 A. ELTI que se deberá instalar será de 700/5y el cálculo de C/K será:
0.#! ) 3000 - &."
l condensador de 3 ;&r actuará *nicamente cuando los re?uerimientos de potencia reactivae-cedan los 1#5 ;&r#
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Compensación autom,tica Regulador Ejemplo: Batería de 70 kVAr, los siguientes escalones 10+20+40. El fdp objetivo es 1. Los datos de la instalación en un determinado instante son: P = 154 kW, fdp = 0.97 Con lo Q necesarioes:
l e sc alo na mie nto de e sta !a ter ía es d e - 1 0 ;&r la !atería estará fluctuando entre 30 $ (0 ;&r# 7ar aevitar esta actuación inesta!le e-iste el ajuste C/>
Instalación de condensadores • Observe, que en la conexión en estrella la tensión que tiene que soportar el condensador es inferior a la conexión en triángulo. • Mas en la conexión en estrella la capacidad necesaria para compensar el cos φ debe ser 3 veces mayor.
$=
∅ 3 /
$=
∅ /
Instalación de condensadores • Los condensadores a emplearse para conexiones trifásicas son también trifásicos y en conexión delta. Se utiliza esta conexión porque es más económica que la conexión estrella. • Para la conexión delta, los condensadores son de menor
Compensación
capacitancia.
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Compensación global • Banco de condensadores conectado en el origen de la instalación (barra principal), compensación en conjunto.
Compensación global • Ventajas – Suprime recargos por consumos de energía reactiva. – Aumenta la potencia disponible de la fuente de alimentación . – Fácil mantenimiento – Sencillo de instalar y económico
• Desventajas – No se disminuyen las pérdidas de disipación en los conductores.
Si la carga es estable y continua, una compensación global es adecuada.
Compensación grupal • Banco de condensadores conectado a un grupo de cargas. Ejemplo: plantas que tienen sus tableros de control de motores.
Compensación grupal • Ventajas – Suprime recargos por consumos de energía reactiva. – Aumenta la potencia disponible de la fuente de alimentación. – Reduce la corriente (potencia) transportada por los cables alimentadores principales.
• Desventajas – Instalar un banco de condensadores por cada tablero. – Si las cargas tienen un comportamiento irregular, se instala un equipo regular automático .
Aconsejable cuando la distribución de carga es muy desequilibrado y de un cuadro de distribución depende una carga importante.
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Compensación individual o local • Banco de condensadores en paralelo con cada carga.
Compensación individual • Ventajas – Suprime recargos por consumos de energía reactiva. – Se optimiza la instalación, pues la potencia reactiva no circula por la misma. – Mejora niveles de tensión. – Reducción de las pérdidas en los alimentadores principales y sub-alimentadores. – Alivio de los aparatos de maniobra y protección.
• Desventajas – Aumenta el costo de la instalación.
Aconsejable cuando existen cargas muy importantes en relación a la carga total.
Compensación en trans"ormadores de distribución – Para corregir el factor de potencia, se debe compensar la potencia reactiva en los transformadores de distribución.
Compensación individual para trans"ormadores # motores
– La potencia total del banco de capacitores se calcula para compensar la potencia reactiva por el transformador en vacío , que es del 5 al 10% de la potencia nominal . – Con el fin de evitar fenómenos de resonancia y sobretensión en vacío, la potencia total del banco de condensadores no debe exceder el 10% de la potencia nominal del transformador.
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Compensación en trans"ormadores de distribución
Compensación en los bornes de un trans"ormador
– La corriente de magnetización tiene un valor prácticamente constante (en torno al 1.8% de la intensidad a plena carga). – La potencia que depende de la corriente de magnetización representa el 0.5% al 2.5% de la potencia del transformador, Q0=√3*Un*I0. – Una parte de la potencia reactiva a compensar es proporcional al cuadrado de la potencia aparente, Q=Ucc*S*(S/Sn).
Compensación en los bornes de un motor • Arranque – Si el motor arranca con ayuda de una aparamenta especial , la batería de los condensadores no debe ser puesta en servicio .
• Evitar la autoexcitación de los motores asíncronos – En el momento de instalar una batería de condensadores en los bornes de un motor, hemos de asegurarnos que la potencia de la batería sea inferior a la potencia necesaria para la autoexcitación del motor.
Compensación en los bornes de un motor – Después de realizar la compensación fija de un motor, la intensidad eficaz consumida por el conjunto motorcondensador es más baja que antes. – En consecuencia se debe reajustar las protecciones del motor .
– No se realiza una compensación fija cuando el motor arranca con ayuda de un dispositivo especial , para este caso se utilizaran condensadores accionados por contactores. – No realizar la compensación en motores especiales , paso a paso, dos sentidos de marcha y otros.
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Compensación en los bornes de un motor
Compensación "ija de motores de inducción
7ara evitar la autoe-citación es la compensación fija accionada por contactor#
Compensación de motores con arrancador 4i el motor arranca con a)uda de alg
Compensación fija accionada por contactor
.Capítulo E/ &a compensación de la energía reactiva0 Manual teórico1 pr,ctico !c2neider0
'e"erencias • =ecsup( >nstalaciones eléctricas industriales. !ampus virtual. • Ministerio de energía ) minas@ >$#iciencia energética. 6ro)ecto para el ahorro de energía26A$@ 6er<.
• !apítulo $: &a compensaci"n de la energía reactiva. Manual te"rico2 pr-ctico 4chneider.
• 6oer capacitor handbooB. =. longland( =. W. Cunt( W. A. DrecBnell( Eeneal editor !.A. Worth.
• 6oer +ualit)( 4.M. Calpin Misissipi 4tate Fniversit).
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