Unidad 3 - Tableros Para Compensar Energía Reactiva

PROGRAMA INTEGRAL SISTEMAS ELÉCTRICOS INDUSTRIALES

MODULO I SISTEMAS ELÉCTRICOS DE DISTRIBUCIÓN Y COMPENSACIÓN Unidad 3: Compensación de Energía Reactiva

Objetivos •

Conocer el origen de la energía reactiva, su efecto efecto y las pautas p autas para la instalación de tableros eléctricos para su control

INTRODUCCIÓN

Energía Aparente

¿QUÉ ES LA ENERGÍA REACTIVA? Cuando conectamos a tensión alterna a una carga eléctrica, comienza a pasar por ella una cierta cantidad de intensidad eléctrica. Esto significa significa que la electricidad electr icidad cambia el sentido en el que atraviesa la carga, 60 veces por segundo. La intensidad eléctrica que fluye está determinada únicamente por las características de la carga conectada. La cantidad de electricidad, la amplitud de la onda de intensidad, está fijada por la impedancia de la carga. Pero la carga también introduce un desfase entre intensidad y tensión. Esto significa que la onda de intensidad adelantará o retrasará en el tiempo respecto a la de tensión. Este desfase, es el que origina la energía reactiva.

Tipos de Cargas •

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Resistencias (cargas resistivas): Todo elemento a través del cual fluye una electricidad ofrece cierta resistencia a ser atravesado por la corriente y disipan energía. Se hace notar que toda carga conectada presenta una resistencia. Bobinas (cargas inductivas): Al circular una corriente por un arrollamiento, genera un campo magnético en su interior. Este almacena energía, y se opone a cambios en el valor de la intensidad eléctrica. Condensadores (cargas capacitivas): Al circular corriente por el condensador, genera un campo eléctrico en su interior. Este campo eléctrico almacena energía, y se opone a cambios en el valor de tensión. Su uso principal es para compensar, los efectos reactivos producidos producidos por las bobinas.

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Las resistencias son elementos pasivos que no generan desfase en la corriente. Pero bobinas y condensadores presentan una “inercia” a crear o destruir desfases, y es esta “inercia” la que introduce desfases en la corriente, las bobinas introducen desfases negativos, negativos, y los condensadores positivos. Sin embargo, las cargas reales nunca son “puras”  . Una resistencia pura es una carga de 0º, una bobina pura 90º, y un condensador puro -90º. Los comportamientos mixtos presentan valores de desfase intermedios entre estos límites.

Carga Resistiva ( 0°)

Carga Capacitiva – Capacitiva  – Resistiv  Resistivaa (-90° a 0°)

Carga Resistiva Inductiva (0° a +90° )

EFECTOS SOBRE LA POTENCIA APARENTE •

Se observa que la potencia aparente es una onda del doble de la frecuencia de la tensión. Es decir, decir, si conectamos una lámpara esta se enciende y apaga 120 veces por segundo. Este comportamiento comportamiento fluctuante en la potencia se cumple siempre, para cualquier tipo de carga conectada.

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Al variar el ángulo de la carga y observar como la onda de potencia S(t) pasa a tener instantes en los que toma valores negativos. La carga absorbe potencia durante una parte del tiempo y devuelve a la red en otra. Por su parte, la potencia promedio Smed disminuye. En los valores extremos de 90º o -90º, con cargas inductivas o capacitivas puras, el valor Smed cero.

La potencia aparente S(t) en la suma de dos componentes puramente puramente activos y reactivos. •

La potencia activa P(t) Esta potencia, originada por los elementos resistivos de la carga, es la que realiza realmente realmente trabajo útil.

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La potencia reactiva Q(t) Componente de potencia que pulsa a 90 o -90º. Está originada por los elementos reactivos de la carga, y no genera trabajo útil a lo largo del tiempo.

En concreto, la relación entre la potencia activa y la potencia po tencia aparente es el coseno del ángulo formado por tensión e intensidad, llama de forma habitual factor de potencia de la instalación.

FACTOR DE POTENCIA

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En la tabla se muestra la reducción de la sección resultante resultante de una mejora del cos ϕ transportando la misma potencia activa.

Ejemplo de instalación sin condensador

Instalación con condensador

A PARTIR DE MEDICIONES

Ejemplo

COMPENSACIÓN INDIVIDUAL

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La compensación individual se utiliza en equipos que tienen un ciclo continuo de operación y cuyo consumo de reactiva es considerable, principalmente motores eléctricos y transformadores. transformadores. El condensador se instala en cada una de las cargas cargas de manera que los únicos conductores afectados afectados por la energía reactiva son los que unen la carga con el condensador

COMPENSACIÓN INDIVIDUAL

COMPENSACIÓN GRUPAL GRUPAL

COMPENSACIÓN GRUPAL GRUPAL

COMPENSACIÓN GLOBAL

CIRCULACION DE LA CORRIENTE REACTIVA CAPACITIVA CUANDO LOS EQUIPOS ESTAN ESTAN CONECTADOS (NO HAY BANCO DE CONDENSADORES INSTALADOS )

CIRCULACION DE LA CORRIENTE REACTIVA CAPACITIVA CUANDO LOS EQUIPOS Y EL INTERRUPTOR DEL CONDENSADOR ESTÁN DESCONECTADOS

CIRCULACION DE LA CORRIENTE REACTIVA CAPACITIVA CUANDO LOS EQUIPOS Y EL INTERRUPTOR DEL CONDENSADOR ESTÁN CONECTADOS CONECTADOS

CIRCULACION DE LA CORRIENTE REACTIVA REACTIVA CAPACITIVA CUANDO LOS EQUIPOS ESTAN DESCONECTADOS  Y EL INTERRUPTOR INTERRUPTOR DEL DEL CONDENSADOR ESTÁ CONECTADO

ELECCIÓN DE UN BANCO DE CONDENSADORES Se deben tomar en cuenta los siguientes criterios

COMPENSACIÓN FIJA

Ejemplo: Compensación fija Supongamos que queremos compensar un pequeño taller en el que la potencia po tencia reactiva a compensar es constante, con una pequeña oscilación. La demanda de potencia reactiva es: •

Demanda mínima de 1 kV k VAr/h día

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Demanda máxima de 17kVAr/h 17kVAr/h día

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Demanda media de 15 kVAr/h kVAr/h día

Lo que nos interesa al realizar realizar la compensación es tener la instalación compensada al máximo, sin incurrir en una sobrecompensación.

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La solución a adoptar es compensar con 15 kVAr, y de esta forma nos adaptamos a la demanda de reactiva que hay en el taller.

Es recomendable usar compensación fija en instalaciones en las que la potencia reactiva a compensar no supere el 15 % de la potencia nominal del transformador transformador (Sn).

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Es recomendable en las instalaciones donde la potencia reactiva a compensar supere el 15 % de la potencia nominal del transfomador (Sn). En el gráfico se observa como la batería de condensadores entrega a cada momento la potencia necesaria, evitando una sobrecompensación o una subcompensación

DETERMINACIÓN DE LA VARIABILIDAD DEL FACTOR FACTOR DE POTENCIA PO TENCIA •

Cuando se decida realizar la compensación de forma global, hay que saber como varía el valor del FP a lo largo del tiempo para decidir el número de escalones que necesita la batería para lograr la potencia capacitiva calculada en todo momento.

Por ejemplo •

Supóngase que se necesita una batería de 80 kVAr, sabiendo que 60 kVAr los produce un motor concreto y los otros 20 aparecen y desaparecen de forma intermitente a lo largo del día

Por ejemplo •

Supóngase que se necesita una batería de 80 kVAr, sabiendo que 60 kVAr los produce un motor concreto y los otros 20 aparecen y desaparecen de forma intermitente a lo largo del día

Por ejemplo •

Supóngase que se necesita una batería de 80 kVAr, sabiendo que 60 kVAr los produce un motor concreto y los otros 20 aparecen y desaparecen de forma intermitente a lo largo del día

Por ejemplo •

Supóngase que se necesita una batería de 80 kVAr, sabiendo que 60 kVAr los produce un motor concreto y los otros 20 aparecen y desaparecen de forma intermitente a lo largo del día

Por ejemplo •

Supóngase que se necesita una batería de 80 kVAr, sabiendo que 60 kVAr los produce un motor concreto y los otros 20 aparecen y desaparecen de forma intermitente a lo largo del día

Por ejemplo •

Supóngase que se necesita una batería de 80 kVAr, sabiendo que 60 kVAr los produce un motor concreto y los otros 20 aparecen y desaparecen de forma intermitente a lo largo del día

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El Seccionamiento

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La Protección Contra Cortocircuito

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La Conmutación

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En la tabla siguiente se puede elegir la asociación deseada en función de la potencia de la batería y el aporte al cortocircuito cortocircuito Contactores tripolares Schneider, para condensadores

Compensación de Motores Asíncronos con Arranque Directo Durante la parada del motor, las rotaciones finales pueden producir autoinducción autoinducción por la energía energía de los condensadores

Existen dos posibles soluciones para evitar la aparición de la autoexcitación: •

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Limitar las corrientes capacitivas de los condensadores, limitando la potencia de la batería de condensadores instalada, para que éstas sean inferiores a la intensidad de vacío del motor Realizar la compensación en bornes a través de un contactor, de forma que al desconectar el motor de la alimentación los condensadores queden aislados de los terminales del motor

Compensación de Motores Asíncronos con Arranque Estrella-Triangulo •

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Si un motor tiene un dispositivo de arranque estrellatriángulo, se realizará la conexión de los condensadores a través de contactores, de manera que el condensador se conecte una vez que el motor ha terminado su arranque y se encuentre en régimen permanente (triángulo). La utilización de este esquema evita las sobre-intensidades y sobretensiones que se producen al conectar el motor.

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Compensación de transformador transformadores es de potencia •

La compensación de energía reactiva de los transformadores debe ser la necesaria necesar ia para corregir la reactiva que aparece en su funcionamiento en vacío, que es una cantidad fija (Q0), y la reactiva que absorbe cuando se encuentra en carga carga (Qcarga).

Caso Práctico: Local Comercial •

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Se presenta el caso real de un local comercial dedicado a la actividad hostelera. La instalación tiene contratados 40 kW y paga en su factura mensual 1468,66 €  por la energía consumida y 420,42 €de energía reactiva. Esto es, si se compensa la energía reactiva la facturación se verá reducida en un 28%. El historial de consumo que se muestra, divide la facturación en 6 periodos distintos cada día y muestra para cada uno de ellos: la energía activa, la energía reactiva y la potencia máxima alcanzada en ese periodo (lectura del maxímetro).

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El historial de consumo que se muestra, divide la facturación en 6 periodos distintos cada día y muestra para cada uno de ellos: la energía activa, la energía reactiva y la potencia máxima alcanzada en ese periodo (lectura del maxímetro).

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Siguiendo los pasos correspondientes para cada periodo y considerando el valor de “F” como la potencia del maxímetro, determinamos el factor de potencia y la potencia capacitiva necesaria de cada periodo

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A la vista de los resultados la potencia de la batería debe se como mínimo de 37,5 kVAr. Algunos proveedores recomiendan incrementar un 15-20% ese valor para tener reservas en futuras ampliaciones. La batería elegida sería una de 45 kVAr con 5 escalones (1x5+4x10).