Energía reactiva. Generalidades Definiciones Compensación de Reactiva Otros

Transcripción

1 Energía reactiva Generalidades Definiciones Compensación de Reactiva Otros

2 Energía Activa Se convierte en energía útil: Calor Movimiento kwh Energía Activa y Reactiva

3 Energía Reactiva Magnetiza máquinas eléctricas Es generada por capacidades de los circuitos Consumida por circuitos electrónicos kvarh Energía Activa y Reactiva

4 Potencias y unidades P: potencia activa, kw Q: potencia reactiva, kvar S: potencia aparente, kva Energías y unidades Ea: energía activa, kwh Er: energía reactiva, kvarh Energía Activa y Reactiva

5 Los circuitos eléctricos, naturalmente consumen Energía Reactiva Esto produce mayores corrientes, lo que implica: Mayores pérdidas Sobredimensionamiento conductores Mayores caídas de tensión La Distribuidora, penaliza el consumo de Energía Reactiva si: < 0,92 < 0,426 Energía Activa y Reactiva

6 Algunas Cuentas.. Para el caso monofásico = 2 sin( ); = 2 sin( ) Potencia instantánea: = = 2 sin( ) sin( ) La Potencia Eléctrica

7 Algunas Cuentas.. Recordando: 2 sin sin = = 2 sin( ) sin( ) = ; = 2 = (2 ) Si se halla el valor medio obtenemos: = = ( ) La Potencia Eléctrica

8 = ( ) Qué pasa con la componente en cuadratura? Es la porción de corriente «reactiva», que produce el intercambio de energías magnetizantes. = ( ) La Potencia Eléctrica

9 Potencias trifásicas: = = ( ) = = = = = + V: tensión fase-neutro U: tensión fase-fase, o «de línea» Triángulo de potencias: La Potencia Eléctrica

10 Diagrama vectorial de corrientes: Carga Inductiva = 0 I cos j j P=3VI cos j I sen j V I Q=3VI sen j S=3VI Factor de Potencia

11 Se aprecia en la figura que si el ángulo j=0; la potencia activa es máxima Equivale a decir que cosj=1 Definimos el factor de potencia cómo: = La segunda igualdad se cumple en sistemas sinusoidales puros, en la frecuencia fundamental Factor de Potencia

12 Tabla con valores de factor de potencia para cargas comunes: Factor de Potencia

13 Factor de Potencia será bajo si tenemos: Motores y/o transformadores que operan con poca carga o en vacío Lámparas fluorescentes o de descarga sin compensación Electrónica de potencia Fuentes conmutadas (caso particular del punto anterior) Factor de Potencia

14 Razones tarifarias Por qué compensar?

15 Razones tarifarias: Se penaliza el exceso de energía reactiva (de acuerdo a la activa consumida) < 0,92 < 0,426 Las dos desigualdades anteriores no significan exactamente lo mismo La primera es para potencias La segunda para energías Por qué compensar?

16 Razones tarifarias: extracto pliego tarifario Por qué compensar?

17 Razones tarifarias: extracto pliego tarifario Por qué compensar?

18 Razones tarifarias: extracto pliego tarifario Por qué compensar?

19 Razones tarifarias: extracto pliego tarifario Por qué compensar?

20 Razones tarifarias: extracto pliego tarifario Por qué compensar?

21 Reducción pérdidas Joule Por qué compensar?

22 Reducción pérdidas Joule: Al tener un consumo excesivo de reactiva, aumenta la corriente: Produce calentamiento en conductores y transformadores Estas pérdidas son kwh!!!!!! Se pagan!! Por qué compensar?

23 Reducción pérdidas Joule: Debemos entonces «generar» la reactiva necesaria para realizar la corrección del factor de potencia Esto significa, llevar el FP (si es menor a 0,92), a un valor igual al límite o incluso mayor! Ver nuevamente pliego tarifario Por qué compensar?

24 Reducción pérdidas Joule: Diagrama de potencias 1 < 0,92 2: De alguna manera se debe generar el exceso de reactiva 1 2 La corriente consumida baja al subir el = j1 P j2 Por qué compensar? S1 S2 Q2 Q1

25 Reducción pérdidas Joule 1 = ; 2 = 1 > 2 Si el cable alimentador tiene una resistencia R, las pérdidas: é 2 = 3 < 3 < é 1 é é = P j2 j1 S1 S2 Q2 Q1 Por qué compensar?

26 Reducción caídas de tensión Aprovechamiento S disponible Por qué compensar?

27 Reducción de caídas de tensión: A raíz de la disminución de la corriente, las caídas de tensión en conductores y transformadores son menores 3 cos + sin Por qué compensar?

28 Aprovechar la potencia aparente disponible S1 Es aprovechar la corriente en potencia activa: La que produce calor o movimiento O P j2 j1 A Q2 S1 S2 C Q1 B Por qué compensar?

29 Aprovechar mejor la potencia aparente disponible S1 La potencia aparente es S2, para la situación con el FP corregido S disponible: = 1 2 Puede alimentarse una nueva carga (, )!!!! O P j2 j1 S1 S2 Q2 Q1 Por qué compensar? C A B

30 Con lo anterior se puede optimizar el uso de la disponibilidad de un transformador. Tabla de potencia activa disponible: Por qué compensar?

31 Condensadores Máquinas sincrónicas Ubicación de la compensación Compensación de Reactiva

32 Métodos de compensación del factor de potencia en BT: Instalación Condensadores de Potencia en paralelo con la carga a compensar. Es el más utilizado en la actualidad por economía y flexibilidad Máquinas sincrónicas de gran potencia generando reactiva. Trabaja en el punto de trabajo sobrexcitado, de manera de generar reactiva Se utiliza cuando se cuenta con un motor sincrónico de gran porte, en la planta, aprovechando que funciona en los cuatro cuadrantes Compensación de Reactiva

33 Ubicación de los condensadores: Compensación individual Compensación parcial por grupos (por tablero) Compensación global centralizada Compensación en MT Compensación de Reactiva

34 Compensación individual: Se compensa la carga particular inductiva, conectando el banco en paralelo Además de las ventajas ya vistas: Optimización instalación: la corriente reactiva no circula por toda la instalación Descarga el trafo de potencia. Desventajas: Costos de instalación y mantenimiento Utilizado en cargas de consumo cuasi constante y muchas horas de servicio Compensación de Reactiva

35 Compensación parcial por grupos: Instalación en tableros de distribución secundarios Ventajas Las ya vistas, del tablero aguas arriba Desventajas No tiene beneficios sobre los conductores aguas abajo Se debe conocer el proceso que alimenta el tablero cabalmente Al variar la carga conviene automatizar la compensación Compensación de Reactiva

36 Compensación centralizada: Instalación en tablero general Ventajas Sólo reduce penalizaciones + ajuste S del trafo + descarga trafo de potencia Instalación simple, en un solo lugar Desventajas No tiene beneficios sobre los conductores aguas abajo También se debe automatizar, en algunos casos, la inserción de Q Compensación de Reactiva

37 Compensación en MT: Instalación en celdario MT del cliente No muy utilizado Ventajas Reduce penalizaciones por reactiva Desventajas No tiene beneficios sobre los conductores de BT y el transformador Se debe montar equipo en MT!! $$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$ Compensación de Reactiva

38 En suma: Para cada instalación se requiere un estudio técnico y económico Soluciones Mixtas!! Compensación individual para cargas constantes (por ejemplo: iluminación, motores de gran potencia y que funcionan muchas horas) Compensación centralizada de cargas menores Compensación de Reactiva

39 Tipo de compensación Fija Automática Compensación individual Motores de inducción Transformadores Compensación de grupos de cargas Compensación de Reactiva

40 Compensación Fija: La Q inyectada es constante Se comandan con interruptores o contactores Pueden también estar conectados a la carga a compensar. Se desconectan al sacar la carga de servicio Utilizado en compensación individual o pequeños talleres o industrias Compensación de Reactiva

41 Compensación Automática: Banco de baterías con pasos de inyección de Q: Q1, Q2, etc Se controlan según la variación del PF de la instalación que compensan Cada paso cuenta con Comando y Protección; además de los condensadores Muy utilizada en compensación parcial o global Compensación de Reactiva

42 Compensación Motores de Inducción: PF de los motores es 0,8-0,9 a plena carga En vacío baja drásticamente a 0,1-0,2 La Q consumida por el motor es prácticamente constante: magnetización Permite conexión en paralelo en bornes de los condensadores Compensación de Reactiva

43 Compensación Motores de Inducción: Conexión en paralelo de los condensadores Precaución 1: evitar autoexcitación Excitación del motor en vacío, luego de una desconexión 0,9 3 : corriente de vacío del motor Opción uno: condensadores con interruptor independiente Opción dos: ver tablas de fabricantes Compensación de Reactiva

44 Tabla de reactiva admisible: Compensación de Reactiva

45 Compensación Motores de Inducción: Conexión en paralelo de los condensadores Precaución 2: ajuste relé del motor. Ahora la corriente es menor!! Precaución 3: si no arranca directo no se puede conectar directo en bornes Compensación de Reactiva

46 Compensación Transformadores: Consume reactiva en la reactancia de vacío (aprox. constante) y la reactancia de fugas = + 3 ; = = + ; : Compensación de Reactiva

47 Compensación Transformadores: Si es un cliente MT/ST, trafo propio, se debe compensar la reactiva del transformador, teniendo en cuenta: Banco de condensadores: < 0,15 Compensación de Reactiva

48 Compensación Transformadores: Tabla de compensación típica Compensación de Reactiva

49 Compensación Grupos de Cargas: Calculo de la reactiva necesaria = tan tan O P j2 j1 A Q2 S1 S2 C Q1 Compensación de B Reactiva

50 Compensación Grupos de Cargas: Determinación P, Q, FP Dos casos: El cálculo se realiza durante la etapa de proyecto Con la instalación en funcionamiento Compensación de Reactiva

51 Compensación Grupos de Cargas: Determinación P, Q, FP, durante etapa de proyecto Se debe disponer de todos los datos de las cargas (P y Q), así como los factores de utilización y simultaneidad Con esto se determinan P y Q en todos los niveles Evaluación sobre tipo de compensación Conocimiento del proceso Compensación de Reactiva

52 Compensación Grupos de Cargas: Determinación P, Q, FP, con la planta en funcionamiento Registradores de magnitudes eléctricas Conocimiento del proceso Decisiones previas sobre tipo de compensación Recibo de energía con la Ea y Er consumidas Compensación de Reactiva

53 Recibo de energía con la Ea y Er consumidas 6 12 meses para tener valores promedio de consumo = tan = Apropiado para instalaciones de consumo constante Compensación de Reactiva

54 Armónicos Efectos de los armónicos sobre los bancos de condensadores Advenimiento de armónicos con la electrónica de potencia La impedancia de los condensadores baja con el aumento de la frecuencia Oscilaciones Compensación de Reactiva

55 Caracterización condensador de potencia: Tensión nominal, Un Frecuencia nominal, Hz Corriente nominal = Reactiva en Triángulo Qc = 3 Reactiva en Estrella Qc = En la Práctica

56 Capacidad de sobrecorriente permanente: 30% Capacidad de sobretensión permanente: 10% Resistencia de descarga: reducción de tensiones mediante resistencias de descarga. U < 75 V luego de 3 minutos En la Práctica