SIEMENS CFP. Teoría Básica. Conocimiento. Análisis. Diseños. Selección. Ejemplos. Inicio. Elb Victor Manuel 1

Transcripción

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2 Que es el Cos ϕ? 2

3 de la 3

4 Cuales son los diferentes tipo de Cargas? Cargas Ohmicas RED Cargas Inductivas Cargas Capacitivas 4

5 Cargas OHMICAS Cargas Ohmicas U e I en Fase Desfase = 0 Sin Penalidad I - Corriente ϕ = 0º U - 5

6 Cargas INDUCTIVAS Cargas Inductivas U Retrasada 90º a I Desfase = 90º Penalidad!!! ϕ = 90º U - I - Corriente 6

7 Cargas CAPACITIVAS Cargas Capacitivas I Adelantada 90º a U Desfase = 90º Sobre compensación es riesgoso!! I - Corriente ϕ = 90º U - 7

8 Que es la Potencia Activa? Es la parte de la potencia de entrada que se convierte en potencia de salida y se indica con la letra P. La Potencia Activa se define por la siguiente fórmula. P = 3 U I cosϕ [W] Lo ideal, sería que toda la potencia de entrada se convirtiera en potencia de salida útil. Por ejemplo: El calentamiento de un horno, movimiento de un motor, luz de una lámpara, etc.. 8

9 Que es la Potencia Reactiva? Las máquinas eléctricas trabajan basadas en el principio de conversión de energía electromagnética como los motores, transformadores, etc. Una parte de la energía de entrada se consume para crear y mantener el campo magnético. Otra parte de la energía de entrada no puede ser convertida en energía activa y es retornada a la red eléctrica al removerse el campo magnético. Esta potencia se conoce como Potencia Reactiva y se denomina con la letra Q, y se define del siguiente modo: Q = 3 U I sin ϕ [VAr] 9

10 Que es la Potencia Aparente? Las aplicaciones de los equipos eléctricos se basan en convertir la energía eléctrica en alguna otra forma de energía. La potencia eléctrica tomada por un equipo desde un suministro se conoce como la Potencia Aparente, se denomina con la letra S y está formada por la potencia activa y la reactiva. La corriente medida con una pinza amperométrica nos va a indicar la potencia aparente. Se define como: S = 3 U I [VA] 10

11 Principio de la Q= S 2 P 2 S= P 2 + Q 2 S 1 Q C Q 1 S 2 ϕ 2 ϕ 1 Q 2 = Q 1 - Q C P P= S 2 Q 2 S = Potencia Aparente (kva) P = Potencia Activa (kw) Q = Potencia Reactiva (kvar) 11

12 Que es el Cos ϕ? Energía Activa Trabajo mecánico o calor Corriente Suministro Energía Reactiva Capacitor Generación de campos magnéticos Carga 12

13 Influencia en el Sistema Eléctrico Energía Activa Energía Reactiva Generar Transportar Distribuir Carga 13

14 Como mejorar el Sistema Eléctrico Energía Activa Generar Transportar Distribuir Carga 14

15 Porque mejorar el Factor de Potencia?? Reducción del costo de energía (Amortización: 6-8 meses) Reducir la generación, transporte y distribución. Aprovechar la capacidad de distribución interna. Reducir perdidas eléctricas. Evitar penalidades por bajo Factor de Potencia. Mejorar la calidad de energía. 15

16 Como mejorar el factor de Potencia?? Capacitores de. Reducir la cantidad de carga inductiva. Con medidores de Energía Activa y Reactiva. Con análisis del costo Energético. Con estudios de calidad de energía. 16

17 Que se requiere para Corregir el Factor de Potencia? técnico especializado. de la red y la carga. Diseño de Aplicación. de Equipo. Diseño de panel. 17

18 Técnico 18

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20 Ejemplo Pregunta: Una fábrica textil con una carga total de 390 kw tiene un factor de potencia de 0.55 (phi=56.6 ) La distribuidora de energía local requiere un PF=0.98 (phi=11.5 ) HV Red Transformador 630 kva, u k = 5 % Que potencia de capacitores se requiere para evitar penalidades por bajo FP? M 3 ~ 400 kw cosϕ = 0.55 Banco de Capacitores Qc =?? kvar 20

21 Ejemplo Solución: P= 390kW Cos ϕ actual = 0.56 Qc= P x Factor Cos ϕ deseado = 0.98 Qc= 390 x 1.28 Factor Tabla = 1.28 Qc= kvar Se Recomineda: Banco Automático con una configuración: 10 pasos de 50 kvar Dependiendo del tipo de cargas, por ej. convertidores de frecuencia, se debería usar un banco de capacitores desintonizado. 21

22 Componentes para Banco Automático Banco Automático Qc 500 kvar Un 440 V Uc 480 V Pasos 10 Controlador 12 Pasos Termo 986 A 1 Paso Capacitores kvar 50 Fusible A 132 Contactor kvar 50 Descripcion capacitores cant 2 catalogo B32344C4202A080 kvar 25 Uc 480 In Pasos 1 Paso fusible base/fusible contactor NA3136 3NH3230 3RT16471AR Interruptor 1 NXD63B Controlador Gabinete 1 1 BR6000-R12 8MU64 F

23 Factor de Potencia FP Típico No Compensado Fábrica Cervecerías 0,6..0,7 Carnicerías 0,6..0,7 Plantas de cemento 0,6..0,7 Compresores 0,7..0,8 Gruas 0,5..0,6 Plantas de secado 0,8..0,9 Maquinaria, gran tamaño 0,5..0,6 Maquinaria, pequeño tamaño 0,4..0,5 Plantas de papel 0,6..0,7 Molinos 0,6..0,7 Fábrica de acero 0,6..0,7 Azucar 0,8..0,85 Tabaco 0,6..0,7 Bombas de agua 0,8..0,85 Transformadores Elb de Victor soldadura Manuel 0,4..0,5 23

24 de la Red y Carga 24

25 Sobrecarga de Corriente Cargas + Capacitor Corriente I RMS Real I RMS = (I 1 ) 2 +(I 5 ) 2 +(I 7 ) 2 + +(I N ) 2 I 1 I 5 I 7 I 11 25

26 de Operación Real Suministro Carga V Red = 440 V U 1 V Real = 480 V U 5U7 U 11 V Real es la tensión RMS real, medida cuando los Capacitores están conectados. V Nominal = 480 V 26

27 Redes con Armónicas y Bajo FP A Lsc + L T In O Z (Ohm) cargas Impedancia sin Capacitores f (Hz) f 1 Espectro de Corrientes Armónicas existentes 27

28 Redes con Armónicas y Bajo FP A Lsc + L T C In O Z (Ohm) cargas Impedancia con Capacitores f (Hz) f 1 f r Espectro de Corrientes Armónicas existentes 28

29 Redes con Armónicas y Bajo FP A Lsc + L T L C In O Z (Ohm) cargas Impedancia con filtro desintonizado f (Hz) f 1 f r f s Espectro de Corrientes Armónicas existentes 29

30 Factor de Desintonía Factor de Desintonía p = X L (%) Xc f 1 p % 50Hz 60Hz 5,67% f s = 210 Hz 267Hz 7% f s = 189 Hz 252Hz 14% f s = 134 Hz 161Hz Frecuencia de Sintonía fs = p f 1 30

31 Ejemplo de -FD Nc = 25kVar, = 440V, P = 7% Sobre en el capacitor Uc=U N x 100/100 p Uc=440V x 100/100 (7) Uc=473V 480V Calculo de la potencia nominal del capacitor Qc especificada para Uc=480V y obtener una potencia efectiva de 25 kvar en 440V con p=7% Q C = 1 - p U C. N C = 1-7 U N kvar = 27 kvar

32 de Aplicación 32

33 Métodos de Corrección Individual Corrección en grupo Corrección automática centralizada 33

34 Corrección Individual 34

35 Corrección en Grupo M M M 35

36 Corrección Centralizada controlador M M M 36

37 de Componentes 37

38 Que ofrecemos para?? Capacitores Premium Componentes específicos 38

39 PhiCap Capacitor para Corrección de Factor de Potencia Trifásicos Potencia: 5-25 kvar Tensiones: V 60Hz 39

40 PhiCap Capacitor para Corrección de Factor de Potencia Características Tecnología SH-MKP Tipo Seco-Encapsulado en resina flexible Desconectador de seguridad por sobrepresión SIGUT sistema de clemas Potencia 5-25kVar, 240/480V Clase de temperatura -25º C a 55º C Standard IEC 831-1/2 CE - UL 40

41 PhiCap Capacitor para Corrección de Factor de Potencia Ventajas Capacidad de sobre corriente 1.3 In (1.5 Máx.) Corriente de Inserción 200 In Expectativa de vida Horas Diseño compacto para menor espacio de panel. Alta confiabilidad y seguridad. Aptos para filtros desintonizados de PFC. 41

42 PhiCap Capacitor para Corrección de Factor de Potencia SIGUT Clema Terminal block: Gran capacidad de sobrecarga 42

43 PhiCap Capacitor para Corrección de Factor de Potencia Desconectador trifásico por sobrepresión. 43

44 PhaseCap Capacitor para Corrección de Factor de Potencia Características Tecnología SH-MKK y WaveCut Tipo seco - Impregnado en Gas de Protección Desconectador de seguridad por sobrepresión Terminal SIGUT Potencia 5-30kVAR, V Temperatura admisible -25ºC a 55ºC 44

45 PhaseCap Capacitor para Corrección de Factor de Potencia Ventajas Alta capacidad de sobre corriente: 1.5 In Corriente de Inserción 200 In Expectativa de vida Horas Diseño compacto para menor espacio de panel. Alta confiabilidad y seguridad. Aptos para filtros desintonizados de PFC. 45

46 PhaseCap Capacitor para Corrección de Factor de Potencia SIGUT Clema Terminal block: Gran capacidad de sobrecarga 46

47 PhaseCap Capacitor para Corrección de Factor de Potencia Desconectador trifásico por sobrepresión. 47

48 PhaseCap Capacitor para Corrección de Factor de Potencia Los PhaseCap pueden ser montados en cualquier posición (vertical u horizontal) debido a su diseño compacto y de tecnología tipo-seco. La tecnología tipo-seco evita la perdida o derramamiento de aceite aun en caso de montar el capacitor acostado o colgando. El montaje horizontal mejora la ventilación debido a la mayor superficie activa de disipación 48

49 Capacitor para Corrección de Factor de Potencia Expectativa de Vida Nominal: Basadas en análisis estadístico en condiciones nominales: Nominal. Corriente Nominal, sin armónicas. Atenuando las corrientes de inserción. Con menos de 5000 maniobras por año. Dentro de los limites de temperatura. 49

50 Capacitor para Corrección de Factor de Potencia Expectativa de Vida Nominal EVn = Horas En condiciones nominales 50

51 Capacitor para Corrección de Factor de Potencia Expectativa de Vida en función de la EV = EVn. Xv U = 1,10 Un Xv = 0,50 U = 1,05 Un Xv = 0,70 U = 1,00 Un Xv = 1,00 U = 0,95 Un Xv = 1,25 U = 0,90 Un Xv = 1,50 51

52 Capacitor para Corrección de Factor de Potencia Expectativa de Vida en función de la Temperatura EV = EVn. X T T Prom Anual = 42 C X T = 0,50 T prom Anual < 35 C X T = 1,00 T prom Anual < 28 C X T = 2,00 52

53 Capacitor para Corrección de Factor de Potencia Expectativa de Vida en función de num. maniobras EV = EVn. X N Maniobras con atenuación < 5000/año X N = 1,00 Maniobras con atenuación < 10000/año X N = 0,70 Maniobras sin atenuación < 5000/año X N = 0,40 Maniobras sin atenuación < 10000/año X N = 0,20 53

54 Capacitor para Corrección de Factor de Potencia Desclasificación de EV teniendo todo en cuenta: EV = EVn. X V. X T. X N Compensar en la selección del capacitor en aquellos factores que no se pueden control en aplicación. 54

55 BR6000 Controlador de de Alta Tecnología Versión: 6 y 12 pasos Controlador Inteligente Analizador de Armónicas hasta la 19º Registra número de maniobras Registra tiempos de desconexión 55

56 3RT16 Contactores para Capacitores Incrementan la vida de los Capacitores Evitan desgaste de los Capacitores No afecta la calidad de energía Capacidad de maniobra: kvar de operación 240/440V 60Hz 56

57 3RT16 Contactores para Capacitores Limitación de Corrientes de Inserción I = 1200 A I = 300 A Sin Contactor Con Contactor 57

58 3RT16 Contactores para Capacitores R Sin Contactos Con Contactos 58

59 Reactores para -FD Tensiones standard: V 60Hz Potencias standard: kvar Perdidas muy bajas Alta linealidad Incluyen protección térmica 59

60 Reactores para -FD Seleccionar de acuerdo a la potencia efectiva a 60 Hz y a la primera armonica predominante a filtrar Para filtrar 3º armónica (p=14%) Para filtrar 5º armónica (P=7%) 60

61 Componentes para Filtros Desintonizados Los componentes son seleccionados de acuerdo a: Potencia efectiva deseada Contenido armónico Factor de Desintonía deseado Sobre tensión en los Capacitores Tener especial cuidado con: previo, diseño de aplicación. Diseño del panel Disipación del calor 61

62 del tipo sistema para 1. Hay armónicas, THDIsc> 10% ó THDVsc >3%?? SI: Desintonizado NO: Normal 2. Hay 3º armónica, THDI 3 > 20% THDI 5?? 3. Es THDIsc < 20%?? SI: Usar p =14% NO: Usar p =7% ó 5.67% SI: Usar p =7% NO: Usar p =5.67% 62

63 Construcción de Filtro Desintonizado Capacitores preferentemente montados en posición horizontal, en bandeja sin conducción térmica al reactor y en distinta línea vertical. Reactor montado sobre perfiles para permitir circulación de aire entre los núcleos. Ventilación forzada abundante. Termo-Switch en serie con el circuito de comando del contactor. 63

64 de Aplicaciones 64

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72 ESTE ES EL FIN Víctor Manuel Hernández Díaz Siemens México A&D CD Tel.: (0155) Ext