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Compensacin de

Tema: Compensacin de Energa ReactivaAlumno: EMERZON Quispe TomayllaCodigo: 083245Energa Reactiva

En lneas generales la potencia elctrica se define como la capacidad que tiene un equipo elctrico para realizar un trabajo o la cantidad de trabajo que realiza por unidad de tiempo.

Su unidad de medida es el vatio (W) y sus mltiplos ms empleados son el kilovatio (kW) y el megavatio (MW), mientras el submltiplo corresponde al milivatio (mW).

P: Potencia Activa (W)Q: Potencia Reactiva (VAr)Sin embargo, en los equipos que funcionan con corriente alterna cuyo funcionamiento se basa en el electromagnetismo, generando sus propios campos magnticos (transformadores, motores, etc.) coexisten tres tipos diferentes de potencia:

s Potencia Activa (P)s Potencia Reactiva (Q)s Potencia Aparente (S)

Potencia Elctrica

Estos tres tipos de potencias se pueden relacio- nar mediante un tringulo de potencias. El n- gulo formado entre la potencia aparente y la potencia activa define el desfase entre la tensin(U) y la intensidad (I) y su coseno es equivalente al factor de potencia (FP) en redes sin distorsin armnica.

FACTOR DE POTENCIA (FP)

P = Scos( ) donde S es:S = S3UI en trifsicaS = UI en monofsica

Q = Ssen ( ) donde S es:S = S3UI en trifsicaS = UI en monofsica

COMPENSACINEl factor de potencia (FP) es la relacin entre la potencia activa (P) y la potencia aparente (S) y est deter- minado por el tipo de cargas conectadas a la instalacin, siendo las cargas resistivas las que tienen un factor de potencia prximo a la unidad. Al introducir cargas inductivas y reactivas, el factor de potencia vara retrasando o adelantando la fase de la intensidad respecto a la de la tensin.

Ese desfase es el que mide el factor de potencia.

Factores de potencia ms comunes en la industria

Motor asncrono al 50% de carga0,73

Motor asncrono al 100% de carga0,85

Centros estticos monofsicos de soldadura por arco0,5

Grupos rotativos de soldadura0,7-0,9

Rectificadores de soldadura por arco0,7-0,9

Factores de potenciaen pequeas instalaciones elctricas

Lmparas de fluorescencia0,5

Lmparas de descarga0,4-0,6

Hornos de calefaccin dielctrica0,85

Hornos de arco0,8

Hornos de induccin0,85

COMPENSACIN

POTENCIA ACTIVA (P)

La potencia activa representa en realidad la potencia til medida en wattios (W), es decir, la energa que realmente se aprovecha cuando se pone a funcionar un equipo elctrico y realiza un trabajo. Por ejemplo, la energa que entrega el eje de un motor cuando pone en movimiento un mecanismo o maquinaria, la del calor que proporciona la resistencia de un calentador elctrico, la luz que proporciona una lmpara, etc.

Por otra parte, la potencia activa es realmente la potencia contratada en la empresa elctrica y que llega al domicilio, la industria, la oficina o cualquier otro lugar donde se necesite a travs de la red elctrica de distribucin. La potencia consumida por todos los aparatos elctricos utilizados normalmente se registra en contadores o medidores de electricidad, que instala la empresa suministradora para medir el total de la energa elctrica consumida en el periodo de tiempo determinado en el contrato.

POTENCIA REACTIVA (Q)

La potencia reactiva es la consumida por los motores, transformadores y todos los dispositivos o aparatos elctricos que poseen algn tipo de bobina para crear un campo electromagntico. Esas bobinas, que for- man parte del circuito elctrico, constituyen cargas para el sistema elctrico que consumen tanto potencia activa como potencia reactiva y la eficiencia de su trabajo depende el factor de potencia. Mientras ms bajo sea el factor de potencia (ms alejado de la unidad) mayor ser la potencia reactiva consumida. Adems, esta potencia reactiva no produce ningn trabajo til y perjudica la transmisin de la energa a travs de las lneas de distribucin elctrica, por lo que su consumo est penalizado por la compaa suministradora en la tarifa elctrica. La unidad de medida de la potencia reactiva es el VAr y su mltiplo es el kVAr (kilovoltio- amperio-reactivo).

POTENCIA APARENTE (S)

La potencia aparente o potencia total es la suma, segn el teorema de Pitgoras, de la potencia activa y la aparente. Estas dos potencias representan la potencia total que se toma de la red de distribucin elctrica, que es igual a toda la potencia que entregan los generadores en las plantas elctricas. Estas potencias se transmiten a travs de las lneas o cables de distribucin para hacerla llegar hasta los consumidores, es decir, hasta los hogares, fbricas, industrias, etc. Su unidad de medida es el VA.

COMPENSACINProblemas ocasionados por la Energa Reactiva

INCREMENTO DE LAS PRDIDAS EN LOS CONDUCTORES

Prdidas por efecto JoulePprdidas= I2Rdonde:I: intensidad de corriente que atraviesa el conductor en Amperios (A)R: resistencia ohmica del conductor en Ohmios (fi)U Calentamiento de conductores, acelerando el dete- rioro de los aislamientos reduciendo la vida til de los mismos y pudiendo ocasionar cortocircuitos.

U Disminucin de la capacidad de la REE, al tener que generar una electricidad extra que compense las pr- didas.

U Calentamiento en los bobinados de los transforma- dores de distribucin.

U Disparo de las protecciones sin una causa aparente.

SOBRECARGA DE TRANSFORMADORES Y GENERADORES

El exceso de corriente debido a un bajo factor de potencia origina que generadores y transformadores tra- bajen con cierto grado de sobrecarga, reduciendo as su vida til al sobrepasar sus valores de diseo.

AUMENTO DE LA CADA DE TENSIN

La circulacin de corriente a travs de un conductor elctrico produce una cada de tensin definida por la Ley de Ohm.

El aumento de la intensidad de corriente debido al bajo factor de potencia producir una mayor cada de tensin, resultando un insuficiente suministro de potencia a las cargas en el consumo, reduciendo las cargas su potencia de salida.

COPENSACIN

DISMINUCIN DE LAS PRDIDAS POR EFECTO JOULE

Si se sustituye la expresin de la intensidad de corriente en funcin de la potencia activa en la frmula de las prdidas por efecto Joule, se obtiene:

Prdidas2icos cos i=Prdidasffdonde:Prdidas : las prdidas inicialesPrdidas : las prdidas finalesicos i: el factor de potencia incialcos f: el factor de potencia finalfDisminucin de prdidas por efecto Joulecos final0,850,900,951,000,5065,40%69,14%72,30%75,00%0,5558,13%62,65%66,48%69,75%0,6050,17%55,56%60,11%64,00%0,6541,52%47,84%53,19%57,75%0,7032,18%39,51%45,71%51,00%0,7522,15%30,56%37,67%43,75%0,8011,42%20,99%29,09%36,00%0,85-10,80%19,94%27,75%0,90--10,25%19,00%0,95---9,75%cos inicial

REDUCCIN DE GASES DE EFECTO INVERNADERO

Si se tiene en cuenta que las prdi- das diarias aproximadas en la dis- tribucin elctrica son 8850 kWh y que las emisiones de CO2 en la produccin elctrica son unos 400 g/kWh, esto supone el lanzamien- to a la atmsfera 3,5 toneladas de CO2 diarias a nivel nacional. Estas emisiones representan el 1,25% de las emisiones anuales por ge- neracin de energa elctrica.

La compensacin de Energa Reactiva evitara, por trmino me- dio, la emisin a la atmosfera de 1,36 toneladas de dixido de car- bono diarias, prcticamente 500 toneladas al ao.

Beneficios de compensar laEnerga Reactiva

COMPENSACIN

DISMINUCIN DE LA CADA DE TENSIN EN LAS LNEAS DE DISTRIBUCIN

En el proceso de transporte de la energa elctrica se produce una cada de tensin, ya que la corriente debe vencer la impedancia elctrica propia del conductor (Z).

La cada de tensin se determina mediante la ley de Ohm y es igual al producto de la intensidad de corriente por la resistencia, luego al sustituir la intensidad demandada por la potencia conec- tada al suministro se obtiene:

6 UP=activaZS3Ucos =ctDcos 6 Ucos ii6 U=fcos fsiendo:6 U la cada de tensin en la lneaU, la tensin de distribucinZ, la impedancia del conductor

Disminucin de la cada de tensin en las lneas

cos inicialcos final

0,850,900,951,00

0,5041,18%44,44%47,37%50,00%

0,5535,29%38,89%42,11%45,00%

0,6029,41%33,33%36,84%40,00%

0,6523,53%27,78%31,58%35,00%

0,7017,65%22,22%26,32%30,00%

0,7511,76%16,67%21,05%25,00%

0,805,88%11,11%15,79%20,00%

0,85-5,56%10,53%15,00%

0,90--5,26%10,00%

0,95---5,00%

AUMENTO DE LA CAPACIDAD DE LA RED ELCTRICA

Considerando todo lo que se produce como extra para contrarrestar las prdidas, si se compensara el factor de potencia, parte de ese extra podra utilizarse para suministrar electricidad en el consumo. Consultando el histrico de consumos y prdidas, se observa como la capacidad de la Red Elctrica Espaola aumentara 0,5%, que sera suficiente para abastecer a Ceuta y Melilla durante algo ms de dos aos.

COMPENSACIN

La compensacin de reactiva no slo repor- ta ventajas tcnicas, sino tambin econ- micas. Desde enero de 2010 las empresas con un contrato superior a 15 kW, lo cual incluye prcticamente a cualquier negocio, desde una pequea tienda a una gran in- dustria, pueden estar sufriendo importan- tes incrementos en el importe de su factura elctrica.

La compensacin de la Energa Reactiva se realiza mediante la instalacin en la red elc- trica de bateras de condensadores elctricos, los cuales generan cargas capacitivas que contrarrestan las prdidas reactivas de la ins- talacin.Esto se debe a un cambio legislativo, publi- cado el 31 de diciembre de 2009 en el BOE, que busca impulsar la eficiencia energtica a travs de un uso ms responsable de la energa en las empresas.

Precios de la Energa Reactiva

cos /kVArh 2009/kVArh 2010Incremento 2009-2010

cos 0,9500-

0,9 cos < 0,950,0000130,041554319,546%

0,85 cos < 0,90,0170180,041554144,18 %

0,8 cos < 0,850,0340370,04155422,08 %

cos$ < 0,80,0510560,06233222,08 %

Con las nuevas tarifas, cualquier instalacin que disponga de equipamientos tan bsicos como mquinas de hornos o lmparas fluo- rescentes (ver cuadros de la seccin A), es susceptible de estar sufriendo importantes re- cargos en concepto de energa reactiva. Esta modificacin ha provocado que usuarios que hasta ahora no pagaban por el consumo de energa reactiva, pasen a ver como este con- cepto se dispara en su factura de energa elc- trica a partir de enero 2010.

Como es lgico, esta nueva legislacin afecta especialmente a las industrias en las que se utilizan tanto transformadores, motores y en general distintos receptores industriales que necesiten crear campos magnticos para su funcionamiento.

Ahorro econmico por la compensacinde la Energa Reactiva

COMPENSACIN

P = X Energas activas (kWh)Q = X Energas reactivas (kVArh)FP = cos( ) =PSP= SP 2 + Q 2Decidir elFPdeseado = cos( deseado)k = tan( inicial) - tan( deseado)Determinar el valor F (kW):s Potencia (kW) indicada por un maxmetro.s Potencia contratada en la instalacin (kW).s El valor calculado de P (kWh) multiplicada por el nmero de horas de funcionamiento.PkVAr = k FEjemploF = 85kW potencia mximacos( inicial) cos( deseado)= 0,73= 1k = 0,936 segn la tablaPkVAr = 85 0,936 = 79,56 kVArPkVAr recomendado= 95kVArLa manera de determinar el factor de potencia que se desea corregir tiene tres partes fundamentales que se desarrollan el diagrama de bloques de la derecha:

1. Clculo de la potencia reactiva de la instalacin.2. Clculo de la potencia capacitiva necesaria para la compensacin.3. Determinacin de la variabilidad del factor de potencia (FP) de la instalacin.

CLCULO DE LA ENERGA REACTIVA

Calcular la potencia reactiva de una instalacin es calcular su factor de potencia (FP), para ello es necesario hacer un estudio de la instalacin mediante, entre otras:

s Un analizador de la red elctrica.s Un estudio de los recibos del consumo de energa, como muestra el diagrama de bloques.

CLCULO DE LA POTENCIA CAPACITIVA

Una vez determinado el FP de la instalacin, es necesario decidir el factor de potencia deseado para eliminar la Energa Reactiva (FPdeseado) que ser un valor lo ms prximo a la unidad.

El valor definido por la diferencia de tangentes se denomina factor k y sus valores ms habituales se resumen en la tabla de la pgina siguiente.

Una vez definidos y calculados los valores k y F se puede calcular la potencia capacitiva necesaria (PkVAr) medida en kVAr para la compensacin del factor de potencia. RTR Energa S.L. recomienda incrementar este valor (PkVAr) entre un 15-20% para preveer posibles ampliaciones.

Clculo de la energa capacitiva necesariapara la compensacin

COMPENSACIN

DETERMINACIN DE LA VARIABILIDAD DEL FACTOR DE POTENCIA

s 1:1:1:1la potencia todos los escalonamientos es igual.s 1:2:2:2la potencia del 1er escaln es la mitad que los dems. s 1:2:4:4la potencia del 1er escaln es la mitad del 2 y est a su vez la mitad del resto.Cuando se decida realizar la compensacin de forma central (ver la seccin F), hay que saber como vara el valor FP a lo largo del tiempo para decidir el nmero de escalones que necesita la batera para lograr la potencia de capacitiva calculada en todo momento.

Por ejemplo, supngase que se necesita una batera de 80 kVAr, sabiendo que 60 kVAr los produce un motor concreto y los otros 20 aparecen y desaparecen de forma intermitentea lo largo del da.

2 escalones de 40 kVArRelacin: 1:1:Entra y saleconstantemente NO 4 escalones de 20 kVArRelacin: 1:1:1:1:Entra y sale a partir delos 60 kVAr NO 2 escalones de 5 kVAr1 escaln de 10 kVAr3 escalones de 20 kVArRelacin: 1:1:2:4:4:4:Solucin ptima S

Valores del factor k ms usuales

FP antes de compensarFactor de potencia despus de compensar

cos 0,800,840,880,900,900,950,960,970,980,991,00

tg 0,7500,6460,5400,4840,4840,3290,2920,2510,2030,1420,000

cos tg

0,4002,2911,5411,6451,7521,8071,8651,9632,0002,0412,0882,1492,291

0,4302,1001,3501,4541,5601,6151,6741,7711,8081,8491,8971,9572,100

0,4601,9301,1801,2841,3911,4461,5041,6021,6391,6801,7271,7881,930

0,4901,7791,0291,1331,2391,2951,3531,4501,4871,5281,5761,6371,779

0,5201,6430,8930,9971,1031,1581,2171,3141,3511,3921,4401,5001,643

0,5501,5180,7680,8730,9791,0341,0921,1901,2271,2681,3151,3761,518

0,5801,4050,6550,7590,8650,9200,9791,0761,1131,1541,2011,2621,405

0,6101,2990,5490,6530,7590,8150,8730,9701,0071,0481,0961,1571,299

0,6401,2010,4510,5550,6610,7160,7750,8720,9090,9500,9981,0581,201

0,6701,1080,3580,4620,5680,6240,6820,7790,8160,8570,9050,9661,108

0,7001,0200,2700,3740,4800,5360,5940,6920,7290,7700,8170,8781,020

0,7300,9360,1860,2900,3960,4520,5100,6080,6450,6860,7330,7940,936

0,7600,8550,1050,2090,3150,3710,4290,5260,5630,6050,6520,7130,855

0,7900,7760,0260,1300,2360,2920,3500,4470,4840,5250,5730,6340,776

0,8000,750-0,1040,2100,2660,3240,4210,4580,4990,5470,6080,750

0,8100,724-0,0780,1840,2400,2980,3950,4320,4730,5210,5810,724

0,8200,698-0,0520,1580,2140,2720,3690,4060,4470,4950,5560,698

0,8300,672-0,0260,1320,1880,2460,3430,3800,4210,4690,5300,672

0,8400,646--0,1060,1620,2200,3170,3540,3950,4430,5030,646

0,8500,620--0,0800,1350,1940,2910,3280,3690,4170,4770,620

0,8600,593--0,0540,1090,1670,2650,3020,3430,3900,4510,593

0,8700,567--0,0270,0820,1410,2380,2750,3160,3640,4240,567

0,8800,540---0,0550,1140,2110,2480,2890,3370,3970,540

0,8900,512---0,0280,0860,1840,2210,2620,3090,3700,512

0,9000,484----0,0580,1560,1930,2340,2810,3420,484

0,9100,456----0,0300,1270,1640,2050,2530,3130,456

0,9200,426-----0,0970,1340,1750,2230,2840,426

0,9300,395-----0,0670,1040,1450,1920,2530,395

0,9400,363-----0,0340,0710,1120,1600,2200,363

0,9500,329------0,0370,0780,1260,1860,329

0,9600,292-------0,0410,0890,1490,292

0,9700,251--------0,0480,1080,251

0,9800,203---------0,0610,203

0,9900,142----------0,142

COMPENSACIN

COMPENSACIN INDIVIDUAL

La compensacin individual se utiliza en equipos que tienen un ciclo continuo de operacin y cuyo con- sumo de reactiva es considerable, principalmente motores elctricos y transformadores. El condensador se instala en cada una de las cargas de manera que los nicos conductores afectados por la energa reactiva son los que unen la carga con el condensador.Las ventajas de esta configuracin son:

s La energa reactiva queda confinada entre el condensador y la carga, quedando el resto de las lneas libres de energa reactiva.s Los condensadores entran en servicio slo cuando la carga est conectada, ya que el arrancador puede servir como interruptor del condensador de manera que no son necesarios otros sistemas de regulacin.

Aunque esta configuracin esta recomendada para estos casos tambin presenta algn inconveniente como, por ejemplo:

s El precio de varios condensadores por separado es mayor que el de uno mayor equivalente.s En cargas que no son usadas con frecuencia los condensadores pueden estar infrautilizados.

En esta configuracin de compensacin fija hay dos casos que por su singularidad se van a estudiar por separado: la compensacin en los motores asncronos y en los transformadores de potencia (ver la seccin G).

ArrancadorCARGA

Configuraciones para compensar laEnerga Reactiva

COMPENSACIN

COMPENSACIN EN GRUPO

ArrancadorArrancadorCARGACARGALa configuracin de compensacin en grupo se recomienda cuando un grupo de cargas, ya sean iguales o diferentes, se conectan simultneamen- te y demandan una cantidad de reactiva constante. La configuracin en grupo presenta las siguientes ventajas:

La batera de condensadores puede instalarse enel centro de control de motores. Los condensadores se utilizan slo cuando lascargas estn en funcionamiento. La inversin econmica en la instalacin es me-nor. Se elimina la potencia reactiva de las lneas dedistribucin de energa elctrica.

En las lneas de alimentacin principal, presenta como desventaja que sigue apareciendo potencia reactiva entre las cargas y el centro de control de motores.

COMPENSACIN CENTRALIZADA

kVAX/5 TICARGASRegulador Batera decondensadoresLa potencia total de la batera de condensadores se instala en la acometida, cerca de los tableros de distribucin de la energa. La potencia total de la batera se divide en varios bloques o escalones comunicados con un regulador automtico que los conecta o desconecta en cada momento, segn el consumo de reactiva instantneo. La compensacin centralizada presenta las siguientes ventajas:

Mayor aprovechamiento de la capacidad de loscondensadores. Mejor regulacin del voltaje en el sistema elctri-co. Adecuacin de la potencia de la batera de con- densadores segn los requerimientos de cada mo- mento.

La desventaja de corregir el factor de potencia con una configuracin centralizada es que las lneas de distribucin no son descargadas de potencia reac- tiva, adems de la necesidad del regulador automtizado

Conclusiones