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Consultora en Instalaciones Eléctricas y Termomecánicas
QUE ES EL FACTOR FACTOR DE POTENCIA POTE NCIA Para proteger su instalaci%n el&ctrica interna ' reci(ir una calidad de ser)icio adecuada* es mu' +til ,ue d. este inormado acerca de la importancia del Factor de Potencia de su consumo.
Factor !e Potencia Es un indicador del correcto apro)ecamiento de la Energ0a El&ctrica. El 1Factor de Potencia puede tomar )alores entre 3 ' lo ,ue signiica ,ue
Por eemplo* si el Factor de Potencia es 3.!5 )alor m0nimo exigido por la prestadora para potencias superiores a 33 78 9 indica ,ue del total de la energ0a a(astecida por la :istri(uidora solo el !5 ; es utili
nica* r0o* lu< o mo)imiento Energ0a =cti)a 9 ' la parte restante re,uiere otro tipo de energ0a* llamada Energ0a ?eacti)a* ,ue es necesaria para su propio uncionamiento. En estos casos* el actor de Potencia toma )alores menores a . ?esumiendo* ?esumi endo* la Ener Energ0a g0a ,ue se transorma transorma en tra(a tra(ao* o* se la denomina ENER"IA ACTI#A* mientras ,uee la us ,u usad adaa po porr el ar arte tea act cto o el el&c &ctr tric ico o pa para ra su pr prop opio io u unc ncio iona nami mien ento to** se ll llam amaa ENER"IA REACTI#A. INCON#ENIENTES QUE OCACIONA
En caso ,ue el Factor de potencia sea inerior a 3.!5* implica ,ue los arteactos tienen ele)ados consumos de Energ0a ?eacti)a respecto a la Energ0a =cti)a* =cti)a* produci&ndose una circulaci%n excesi)a e xcesi)a de corriente el&ctrica en sus instalaciones ' en las redes de d e la Empresa :istri(uidora* entonces • •
Pro)oca daos por eecto de so(recargas satur>ndolas. =umentan las perdidas por recalentamiento.
Ing. Eduardo E. Pincolini [email protected]
www.cietconsultora.com.ar Tel el/Fa /Fax x 5454-26 26-42 -425 55! 5! "el 5454-26 26 6- 6-2-# 2-#$$ $$
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=umenta la potencia aparente entregada por el transormador para igual potencia acti)a utilis * produce alteraciones en las regulaciones de la calidad t&cnica del suministro )ariaciones de tensi%n 9* con lo cual empeora el rendimiento ' uncionamiento de los arteactos ' ,uita capacidad suiciente de respuesta de los controles de seguridad como ser interruptores* usi(les* etc. •
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ABa pensado en el actor de Potencia cuando tu)o alguno de estos pro(lemas C En la ma'or0a de los casos cuando act+an interruptores o usi(les se eca la culpa a la ma'or carga conectada ' generalmente se piensa en ampliar la potencia del transormador sin antes )eriicar el Factor de Potencia.
$CO%O SOLUCIONAR ESTE PRO&LE%A Dos excesi)os consumos de energ0a reacti)a pueden ser compensados con CAPACITORES' Estos elementos el&ctricos ,ue* instalados correctamente ' con el )alor adecuado* compensan la energ0a reacti)a necesaria re,uerida por la instalaci%n interior* ele)ando el Factor de Potencia por so(re los )alores exigidos. Estos elementos de(en ser conectados por instaladores electricistas a(ilitados 'a ,ue este tema presenta cierta compleidad.
CO%PENSACION DE ENER"IA REACTI#A Naturale(a !e la Ener)*a Reacti+a Todas las m>,uinas el&ctricas motores* transormadores. 9 alimentadas en corriente alterna necesitan para su uncionamiento dos tipos de Energ0a. Energ0a =cti)a Es la ,ue se transorma 0ntegramente en tra(ao o en calor p&rdidas9. e mide en 7w/. Energ0a ?eacti)a e pone de maniiesto cuando existe un trasiego de energ0a acti)a entre la uente ' la carga. Generalmente esta asociada a los campos magn&ticos internos de los motores ' transormadores. e mide en 7)ar/. "omo esta energ0a pro)oca so(recarga en las l0neas transormadoras ' generadoras* sin producir un tra(ao +til* es necesario neutrali
Da
Circuito resisti+o
Tenemos la energ0a pro)ista por la prestadora o por un generador ' una carga aplicada* en este caso si la carga es ?EITI= la corriente ' la Tensi%n tienen un >ngulo de desase de 3J
Circuito In!ucti+o Puro
Tenemos la energ0a pro)ista por la prestadora o por un generador ' una carga aplicada* en este caso si la carga es IK:"TI= motor 9 la corriente ' la Tensi%n tienen un >ngulo de desase de !3J
Circuito In!ucti+o real
Tenemos la energ0a pro)ista por la prestadora o por un generador ' una carga aplicada* en este caso si la carga es IK:"TI= ' ?EITI=* la corriente ' la Tensi%n tienen un >ngulo de desase de L. Este es el caso de una carga real.
El coseno i* o 1actor de potencia es una caracter0stica de la carga* es decir del dispositi)o conectado a la uente o red de corriente alterna. Ko es ni m>s ni menos ,ue el coseno !el án)ulo con ,ue se !es-asan la tensi.n y la corriente. Mientras las (o(inas cargas Inducti)as9 producen un retraso de la corriente respecto de la tensi%n* los condensadores cargas capaciti)as9 producen un adelantamiento de la corriente respecto de la tensi%n* esto lo )eremos m>s adelante. Das ran asociadas con las le'es propias de los dispositi)os ' en +ltima instancia con el intercam(io energ&tico de los mismos con la red o uente. =ora (ien* como diimos el coseno i depende solo de la carga* cuanto ma'or sea la ca0da de tensi%n de la resistencia en relaci%n con la Fem. de la (o(ina* menor ser> el >ngulo de desasae ' por ende ma'or el coseno i* es mu' claro entonces ,ue el m>ximo coseno i* ' por ende el menor desasae* corresponde a una carga puramente resisti)a >ngulo 3* coseno i N9* mientras ,ue el menor coseno i* ' por ende el ma'or desasae* corresponde a una carga inducti)a pura >ngulo !3J* coseno i N 3 9* pero en realidad no existe ninguno de estos extremos* la carga inducti)a pura implicar0a una (o(ina sin resistencia el&ctrica ' la carga resisti)a pura implicar0a una resistencia sin inductancia* es decir sin campo* lo cual es intr0nseco a la corriente* pero podemos acercarnos a estos extremos tanto como se ,uiera o se pueda9. :e(e ,uedar claro ,ue el en%meno undamental es el !es-asa/e0 ' en particular para las cargas inducti)as el atraso de la corriente respecto de la tensi%n aplicada no de la Fem* autoinducida9* ' este desasae se podr> medir directamente en grados* en radianes* mediante el seno del >ngulo* mediante la tangente del >ngulo* o mediante el coseno del >ngulo. "ual,uiera de &stos ser0a un par>metro acepta(le para la cuantiicaci%n del en%meno.
Por ,ué se lo 1ace me!iante el coseno Por con)enciaonalismo ' por comodidad en las mediciones* 'a ,ue el coseno inter)iene en la %rmula de la potencia acti)a o consumida por la carga* ' entonces midiendo la potencia* en 8att digamos* se puede calcular >cilmente el cos i* conociendo la tensi%n aplicada 9 ' la corriente I 9. er %rmula mas a(ao expresada.
Por ,ue 1ay ,ue me/orar el Coseno -i !e la instalaci.n Por el momento ,ueremos destacar ,ue el (ao actor de potencia en un usuario trae toda una gama de 1gra)es incon)enientes para el sistema de generaci%n ' distri(uci%n de la energ0a. n actor de potencia (ao implica una carga mu' reacti)a. ealaremos cuatro gra)es consecuencias.
. n (ao actor de potencia implica la utili
$. n (ao actor de potencia implica ,ue la corriente de la red ser> ma'or* con la consiguiente perdida de energ0a por eecto Ooule en la red de alimentaci%n* adem>s de la necesidad de incrementar la secci%n de los conductores* con la consiguiente p&rdida econ%mica. 4. n (ao actor de potencia implica ,ue la corriente de la red ser> ma'or ' por lo tanto tam(i&n lo ser>n las ca0das de tensi%n en los conductores de la red de alimentaci%n en las m>,uinas. Entre las causas ,ue producen un (ao actor de potencia mencionaremos =. Da utilinica siempre es preeri(le la utili,uinas. :. ?eparaci%n incorrecta de los motores* cam(ios estructurales ,ue aumenta los luos de dispersi%n de las m>,uinas.
#enta/as !e la CO%PENSACION Re!ucci.n !e los recar)os en las -acturas' Das compa0as el&ctricas aplican recargos o penali
de incenti)ar su correcci%n. Re!ucci.n !e las ca*!as !e tensi.n' Da instalaci%n de condensadores permite reducir la energ0a reacti)a transportada disminu'endo las •
ca0das de tensi%n en la l0nea. Re!ucci.n !e la secci.n !e los con!uctores =l igual ,ue en el caso anterior* la instalaci%n de condensadores permite la reducci%n de la energ0a •
reacti)a transportada ' en consecuencia es posi(le* a ni)el de pro'ecto* disminuir la secci%n de los conductores a instalar. En la ta(la se muestra la reducci%n de la secci%n resultante de una meora del cos L transportando la misma potencia acti)a. Cos 1
0.8 0.6 0.4 •
Disminuci.n !e la 2ér!i!as
Factor 40 50 67 100%
=l igual ,ue en el caso anterior* la instalaci%n de condensadores permite reducir las p&rdidas por eecto Ooule ,ue se producen en los conductores ' transormadores.
Pcu inal N cos L2 inicial Pcu inicial cos L2inal E/em2lo Da reducci%n de p&rdidas en un transormador de 6$3 7)a Pca N 6533 8* al pasar de cos L
inicial N 3.# a un cos L inal N 3.!Q ser> Pcu inal N 6533 x -3.#/3.!Q929N $Q4 8 Aumento !e la 2otencia !is2oni3le en la instalaci.n Da instalaci%n de condensadores permite aumentar la potencia disponi(le en una instalaci%n sin •
necesidad de ampliar los e,uipos como ca(les* aparatos ' transormadores. Esto es consecuencia de la reducci%n de la Intensidad de corriente ,ue se produce al meorar el actor de potencia.
Ti2os !e 2otencia •
Potencia Acti+a 4 P 5
Es la potencia capa< de desarrollar tra(ao +til. Es moti)ada tam(i&n por dispositi)os de tipo resisti)o. Da origina la componente de la corriente ,ue esta en ase con el )oltae. us unidades son 7w o Mw. e calcula como P N rms . Irms cos L rms N )alores eicaces 9
•
Potencia Reacti+a 4 Q 5
Genera campos magn&ticos ' campos el&ctricos. Es originada por dispositi)os de tipo inducti)o ' de tipo capaciti)o. Da origina la componente de la corriente ,ue esta a !3 J con el )oltae en adelanto o en atraso. us unidades son 7=r o M=r. e calcula como R N rms . Irms sen L
•
Potencia A2arente
Es la potencia total ,ue re,uiere la carga. Es la potencia total ,ue puede entregar generadores* transormadores ' P. e o(tiene por medio de la suma )ectorial de la potencia acti)a ' la reacti)a. "on esta potencia los e,uipos el&ctricos alcanximo permisi(le. us unidades son los 7= o M=. e calcula como N rms Irms
Re2resentaci.n +ectorial !e la 2otencia •
•
•
Da potencia acti)a P* por originarse por la componente resisti)a* es un )ector a 3J grados.
Da potencia reacti)a R* por originarse por la componente inducti)a o capaciti)a* es una )ector a !3J en adelanto o en atraso respecti)amente.
Da potencia aparente * por ser la potencia total es el )ector resultante de sumar la potencia acti)a ' la potencia reacti)a.
Trian)ulo !e 2otencias e orma por las representaciones )ectoriales de la potencia acti)a P* potencia reacti)a R ' potencia aparente .
Factor !e Potencia Es la relaci%n de la potencia acti)a P con la potencia aparente .
Es la proporci%n de potencia ,ue se transorma en tra(ao +til P9 de la potencia total 9 re,uerida por la carga. ao condiciones de oltaes ' corrientes senoidales el actor de potencia es
Dos resistores puros tienen un actor de potencia unitario Dos inductores puros tienen un actor de potencia cero Dos capacitares puros tienen actor de potencia cero Da cargas de tipo resisti)o-inducti)o tienen un actor de potencia entre 3 '
p N p N3 p N3
El actor de potencia de las cargas de tipo 1resisti)o S inducti)o esta en atraso ' se denomina 1de tipo inducti)o
El actor de potencia de las cargas de tipo 1resisti)o S capaciti)o esta en adelanto ' se denomina 1de tipo capaciti)o.
CO%PENSACION DE POTENCIA
En la igura anterior se tiene
•
QD es la
!eman!a !e reacti+os de un motor ' S la potencia aparente correspondiente.
•
Qc es el
suministro !e reacti+os del capacitor de compensaci%n.
•
•
•
•
Da compensaci%n de reacti)os no aecta el consumo de potencia acti)a* por lo ,ue P es constante. "omo eecto del empleo de los capacitores* el )alor del >ngulo L se reduce a
Da potencia aparente S tam(i&n disminu'e* tomando el )alor de S2.
=l disminuir el )alor del >ngulo L se incrementa el actor de potencia.
L2.
Car)as t*2icas en la In!ustria y el Comercio Transormadores
oldaduras
Motores de inducci%n
Bornos de inducci%n
?eguladores
alastros
=ires =condicionados
=lum(rado luorescente
E,uipo electr%nico
ariadores de )elocidad
Car)as t*2icas con -actor !e 2otencia in!ucti+o Transormadores
Bornos de inducci%n
Motores de inducci%n
alastros
=ires =condicionados
ariadores de )elocidad
oldadoras
Factores de potencia t0picos de la Industria ' el "omercio Te6til
3.65 -3.#5
7oteles
3.#5 - 3.!4
Qu*mica
3.65 - 3.#5
&ancos
3.!6 - 3.!!
%a,uinaria
3.43 - 3.65
Peri.!icos
3.#! - 3.!5
Sol!a!oras !e arco
3.$5 - 3.63
Plantas !e Corru)a!os
3.Q2 - 3.!Q
7ornos !e arco
3.#3 - 3.!3
O-ic' Ser+ic' Emer)encia
3.Q3 - 3.!#
7ornos !e in!ucci.n
3.5 - 3.43
Centros comerciales
3.Q3 - 3.!5
Eecto principal del (ao actor de potencia •
Aumento !e la 2otencia a2arente Incremento !e la corriente
Pro3lemas ,ue ocasiona el 3a/o Factor !e Potencia !e los usuarios a las suminstra!oras' • • • •
Ma'or consumo de corriente de los usuarios. Instalaciones utili
&ene-icios !e la com2ensaci.n Para el uso racional de la energ0a* es prioritaria la Correcci.n !el Factor !e Potencia. En la compra de arteactos ' ma,uinarias existen algunas marcas ,ue 'a traen compensada esta energ0a a )alores exigi(les por las Prestadoras. El mantenimiento de )alores controlados del actor de Potencia redundara en su (eneicio ' en el de nuestra empresa* 'a ,ue • • • •
=umentara la )ida +til de la instalaci%n E)itar> la penali la regulaci%n de la tensi%n de suministro. ?educir> les p&rdidas por recalentamiento en l0neas ' elementos de distri(uci%n.
%e!ios !e corre)ir el Factor !e Potencia "olocar (ancos de capacitores* compensando en orma 1central. "olocar capacitores en cada motor* compensando en orma indi)idual. )er ta(la 9 sar motores s0ncronos "olocar condensadores s0ncronos sar compensadores est>ticos de =?
"omo el primero es el m&todo m>s econ%mico nos centraremos en esta soluci%n 'a ,ue adem>s* se pueden a(ricar al tamao necesario de la instalaci%n.
Como reali(ar la correcci.n !el Factor !e 2otencia con &ancos !e Ca2acitores e conecta en deri)aci%n para aportar la potencia reacti)a 7)ar 9
i )emos el desarrollo )ectorial para la correcci%n del Factor de Potencia tenemos "ondici%n antes de eectuar la correcci%n
"ondici%n del sistema el&ctrico !es2ués de eectuar la correcci%n.
Tenemos ,ue comprender claramente ,ue la idea de 1"MPEK=? el Factor de Potencia es en deiniti)a tratar de acer ,ue la POTENCIA APARENTE sea casi la misma ,ue la POTENCIA ACTI#A. Para acer &sto* de(emos re!ucir a su m*nima e62resi.n el >ngulo L ' para ello* colocamos cargas capaciti)as con ese o(eti)o. "omo se comento anteriormente las conclusiones de tener un cos
L K adecuado
o (ao* ace ,ue
tengamos una serie de incon)enientes en nuestra instalaci%n ' adem>s pro)ocamos ,ue nuestro pro)eedor de energ0a nos de(a pro)eer ma'or potencia con lo ,ue eso signiica.
Calculo !e la Potencia Reacti+a Do ,ue aremos es el desarrollo del c>lculo para colocar un capacitor o (anco de capacitores con el o(eto de corregir el Factor de Potencia. Es necesario conocer ▪ Da potencia acti)a consumida en 7w.
▪ El cos L inicial ▪ El cos L deseado. tili
Por lo tanto si tu)i&ramos una instalaci%n con
P 8 <:9 =>
L Cos L Cos
inicial 8 9'?: !esea!o 8
9'@:
Q 8 <:9 6 9'::; 8
:e(er0amos colocar en la instalaci%n un (anco de capacitores de 253 7)ar.
Mas a(ao tenemos la ta(la correspondiente con todos sus )alores.
Tenemos adem>s de &ste otro m&todo para calcular el 3anco !e ca2acitores* a partir del reci(o de la compa0a el&ctrica. En ella se )e claramente la Energ0a =cti)a consumida en sus $ per0odos ?esto* alle ' Punta. Tam(i&n se )e la Energ0a ?eacti)a consumida. e procede de la siguiente orma. -Energia =cti)a Total
Ea8 Eresto E+alle E2unta 2- "alculamos la Tg L
T) L 8 Er Ea $ - "alculamos el )alor de reacti)a necesario
Q 8 Ea 4 T) L actual T) L !esea!o 5 T :onde T es la cantidad de oras de tra(ao en el per0odo de medici%n. Para o(tener la tang L a partir del cos L utili
En caso ,ue optemos por compensaciones puntuales en cada motor* o(ser)emos la ta(la expuesta mas a(ao* en donde iguran los )alores de los capacitores a colocar seg+n ") o 7w del motor. CAPACITORES NECESARIOS PARA CO%PENSAR %OTORES ASINCRONICOS TRIFASICOS ; ;B9 # :9 7G
Be recopilado inormaci%n ' e tratado de ser lo m>s claro posi(le en los conceptos )ertidos* agrademica de la tecnolog0a ar> ,ue este tema sea de constante a)ance tecnol%gico.
Eduardo
Pincolini
Ing. Eduard de Emresas a!ud"ndolas a me#orar sus instalaciones$ en orma glo&al. 'na de sus esecialidades es el tema El(ctrico ) Energ(tico *us art+culos ! asesoramientos ,an ,ec,o tomar conciencia de algunos Costos I *us art+culos aarecen en re-istas /(cnicas de rgentina ! en e-ista linc2 enta&i