5.Corrección del factor de potencia Por: Ing. César C Chilet León Factor de potencia de cargas La mayoría de las cargas industriales (motores, transformadores...), alimentadas con corriente alterna necesitan para su funcionamiento dos tipos de energía: energía reactiva energía activa Q P P Q M T P= potencia activa (kw) Q= potencia reactiva (kvar) 401 1
Ahorro El usuario paga por ambos tipos de potencia. Los capacitores suministran la potencia reactiva que tradicionalmente provee la compañía suministradora. Los capacitores reducen el monto de la facturación. 402 Por qué usar capacitores? Con la compensación del factor de potencia se logra: Reducir el pago de energía eléctrica. Reducir las pérdidas por efecto Joule (I 2. t) en los conductores. Liberar la capacidad de los transformadores. Mejorar la regulación de tensión. 403 2
Campo magnético Como manifestamos la mayoría de las cargas en una planta son inductivas y requieren de un campo magnético para operar: motores Transformadores. Lámparas fluorescentes El campo magnético es necesario pero no produce trabajo útil. 404 Principios El triángulo de potencia Potencia Reactiva (No produce trabajo) Uno paga por el combustible de la porción VERTICAL y HORIZONTAL del vuelo!!!! Potencia Activa (Trabajo útil) 405 3
El triángulo de potencia: Análogamente, los motores requieren potencia REACTIVA para crear el campo magnético, mientras que la potencia ACTIVA produce el trabajo útil (potencia en la flecha del motor) Potencia Total (kva) Por lo que uno paga!!! Potencia Reactiva (kvar) Crea el campo magnético Potencia Activa (kw):produce trabajo útil 406 Qué es el factor de potencia? Factor de potencia es la relación de la Potencia Activa respecto a la Potencia Total: Potencia Aparente (kva) ϕ Factor de potencia = Potencia Reactiva (kvar) = Potencia Activa Potencia Total kw kva = Cosϕ Potencia Activa (kw) El factor de potencia es una medida de eficiencia (salida/entrada). 407 4
Cos ϕ típicos 408 Porqué instalamos capacitores? Los capacitores suministran (sin costo), la potencia reactiva requerida por las cargas inductivas. Inicialmente hay que considerar el costo del capacitor. Compensando el factor de potencia, la compañía eléctrica ya no suministra los kvar requeridos, esto lo hace el banco de capacitores. Compañía eléctrica suministra energía reactiva Capacitor suministra energía reactiva M M 409 C 5
Beneficios I M 37kW 480V Cosϕ = 0,72 C Cosϕ = 0,72 P = 3 V I Cosϕ P I = 3 V Cosϕ 37000 I = 3 480 0,72 I = 62A si el Cosϕ = 0,95 I = 47A 410 Tamaño del banco El banco capacitor se calcula a partir de la siguiente relación. Q donde : Q C C = P ( tag( ϕ ) tag( ϕ )) = potencia reactiva del banco. P = potencia activa. ϕ = ángulo del f. d. p. inicial. i f i ϕ = ángulo del f. d. p. final. f S (kva) ϕ f ϕ i P (kw) Q C (kvar) Q (kvar) 411 6
Otros beneficios Liberación de capacidad en el sistema El efecto del factor de potencia en la corriente absorbida por el sistema se muestra a continuación. 100 kw 100 kvar 100 kw 75 kvar 100 kw 141 kva F.d.p.=0.70 125 kva F.d.p.=0.80 100 kva F.d.p.=1.00 Diminución del calibre de los conductores que se requieren para conducir los mismos 100 kw con distintos factores de potencia. 412 Otros beneficios Reducción de pérdidas: A medida que la corriente circula a través de los conductores, estos se sobrecalientan. Este calentamiento son pérdidas de potencia. Las pérdidas de potencia son proporcionales al cuadrado de la corriente (Pérdidas=I 2 t). La corriente es proporcional al factor de potencia. Las pérdidas en los conductores pueden llegar a ser del 2 al 5% de la carga total. Cosϕ % Reducción de pérdidas = 100 1 Cosϕ INICIAL FINAL 2 413 7
Otros beneficios Soporte de tensión: Cuando se instalan capacitores, la tensión se incrementa, normalmente en un pequeño porcentaje. No representa un beneficio económico significactivo. Una severa sobre compensación produciría un nivel de sobretensión que podría dañar el aislamiento de los equipos conectados al sistema. Normalmente es el resultado de la conexión de grandes bancos de capacitores fijos. 414 Tipos de compensación Según el lugar donde instalan los banco de capacitores se tiene: Compensación global o localizada. Compensación parcial. Compensación individual. 415 8
Compensación global Ventajas: Suprime los gastos por energía reactiva. Descarga el centro de transformación. Observaciones: Las pérdidas por efecto Joule en los cables no son reducidas. 416 Ventajas: Compensación parcial Suprime los gastos por energía reactiva. Descarga el centro de transformación. Optimiza una parte de la instalación,la corriente reactiva no se transporta en parte del sistema Observaciones: Las pérdidas por efecto Joule en los cables no se reducen totalmente 417 9
Compensación individual Ventajas: Suprime los gastos por energía reactiva. Descarga el centro de transformación. Optimiza una parte de la instalación, la corriente reactiva se abastece en el mismo lugar de su consumo Observaciones: Las pérdidas por efecto Joule en los cables se suprimen totalmente. 418 Tipos de compensación Según la forma de control se pueden clasificar: Compensación fija. Compensación automática. 419 10
Bancos fijos Compensaciones locales Motores. Transformadores. Compensaciones generales (en menor importancia). Subestaciones. 420 Capacitores fijos en un motor A) Entre el elemento de sobrecarga y el motor (redimensionar el valor del elemento de sobrecarga). B) Entre el contactor y el elemento de sobrecarga (preferente: no necesita redimensionar los relés de sobrecarga). C) Lado de la línea del conductor (proveer medios de desconexión). K M K M K M C RT RT C RT M C M M 421 11
Bancos automáticos Estos incluyen, a los propios capacitores, contactores y al controlador. El controlador mide el factor de potencia y controla la conexión de pasos de capacitores para obtener el factor de potencia que se estableció. Regulador Cargas 422 De acuerdo a la potencia del motor (1) ( ϕ ϕ ) Q = P tg tg c n i f Cuando el banco de capacitores está conectado a los terminales de un motor asincrono riesgo de autoexcitación Precaución : Ic 0.9 Io Qc 2 x Pn (1 - cos ϕ n ) 423 12
De acuerdo a la potencia del motor (2) ( ϕ ϕ ) Q = P tg tg c n i f Cuando el banco de capacitores es conectado en paralelo con un interruptor separado No hay riego de autoexitación La potencia es calculada a carga y cos ϕ nominal Precaución : Tiempo de descarga del capacitor (50 seg) Si diversos bancos de capacitores estan instalados en la misma red es necesario instalar reactores para limitar la corriente de inserción 424 De acuerdo a la potencia del transformador Sn : Potencia nominal del transformador S : Potencia de la carga io : Corriente de vacío del transformador 425 13
Preguntas Cuándo decimos que el factor de potencia es en atraso?. Qué diferencia existe entre el comportamiento de una carga inductiva y una carga capacitiva?. Quién posee mayor factor de potencia, un motor trifásico o un horno?. Determine el tamaño del banco capacitor, necesario para mejorar el factor de potencia a 0.95 de un motor con 50 kw y factor de potencia de 0,75. 426 Respuestas Cuando la carga es inductiva. La carga inductiva consume potencia reactiva, mientras que la carga capacitiva, produce energía reactiva. El factor de potencia del horno, por ser resistivo es la unidad, mientras que la del motor siempre es inferior a la unidad. 27,7 kvar. 427 14