CORRECCION del FACTORde POTENCIA

2

ArmnicasPotencia Reactiva

Cargas AsimtricasFlicker

RED

CARGA

Lascargasgeneranperturbaciones

3Causadas por:

Potencia Reactiva Cargas Inductivas, Electrnica de PotenciaArmnicas Electrnica de Potencia, cargas no linealesCommutacin Convertidores y drivesCadas de tensin Variaciones de carga, corrientes de insercinRedes asimtricas Cargas monofsicas desbalanceadasRadio frecuencias Control de RippleInterrupcin de tensin Iluminacin, sobrecarga, switching

Diferentesaspectosdelacalidaddeenergaelctrica

Perturbaciones

4

Cargas OhmicasLamp. incandescentes

PlanchasCalentamiento resistivo

Cualessonlosdiferentes tiposde carga?

Cargas CapacativasCapacitores

Cables subterraneosGeneradoressincrnicos

sobre-exitados

Cargas InductivasMotores Elctricos

TransformadoresReactores/chokesLneas aereas

Generadores sincrnicos

sub-exitadosLmparas de descargaElectrnica de Potencia

RED

5Tresdiferentestiposdecarga:1.CARGASOHMICAS

Cargas OhmicasU e I en faseDesfase = 0

Sin penalidad

En circuitos resistivos las formas de onda dela tensin y de la corriente alcanzan sus picos,valles y cruces por cero en el mismo instante detiempo.

Se dice que la tensin y la corriente estn en fase ( = 0) y toda la potencia de entrada se convierte en potencia activa. Por lo tanto, los

circuitos resistivos tienen un factor de potencia unitario .

La resistencia ohmica no depende de la frecuencia.U - Tensin

I - Corriente=0

6

Tres diferentes tiposdecarga:2.CARGASINDUCTIVAS

Cargas InductivasU adelanta 90 a I

desfase = 90Penalidad !

La mayora de las carga industriales son inductivas por naturaleza, por ejemplo: motores,

transformadores, etc. Debido a la reactancia inductiva de la carga, la corriente tomada por la carga se retrasa elctricamente con respecto a la forma de onda de la tensin en un ngulo .

La magnitud de es proporcional a la reactancia inductiva.

Impedancia-XL = 2 * 3.14 * f * L

U - Tensin

I - Corriente

=90

7Tres diferentes tiposdecargas:2.CARGASINDUCTIVAS

Cargas inductivascausan un desfase

entre corriente y tensin.

Se observa potenciapositiva y negativa.

Desfase

tU

, I y

pot

enci

a

+ ve + ve

-ve

Potencia

Corriente

Tensin

8

Tres diferentes tiposdecarga:3.CARGASCAPACITIVAS

Cargas CapacativasI adelanta 90 a U

desfase = 90Sobrecompensacin

es riesgoso !

U - Tensin

I - Corriente

=90

Debido a la reactancia capacitiva de la carga, la corriente tomada por la carga se adelanta a la

tensin en un ngulo .

La magnitud de es proporcional a la reactancia capacitiva.

ImpedanciaCfC

XC 211

9Tres diferentes tiposdepotenciaelctricaPotencia Reactiva (kvar)

22 PSQ

Potencia Activa QSP

[ KW Potencia Aparente

QPS kVA

cos = P/S = fase ngulo de desplazamientosin = Q/S S 1 = Potencia Aparente No Compensada Q = S sin S 2 = Potencia Aparente Compensada

con CapacitoresQ = P tan

Q 1

Q CQ 2

2 1 S 1

S 2 S = Potencia Aparente

P = Potencia Activa

Q = Potencia Reactiva

10

QueeslaPotenciaActiva?

La parte de la potencia de entrada que se convierte en potencia desalida, se denomina Potencia Activa y se indica generalmente P.

La Potencia Activa se define por la siguiente frmula.

[W]

Idealmente, toda la potencia de entrada por ej. la Potencia Aparentese debera convertir en potencia de salida til, por ej. calentamientode un horno, movimiento de un motor, luz de una lmpara.

cos3 IUP

11

QueeslaPotenciaReactiva?

Las mquinas elctricas trabajan basadas en el principio deconversin de energa electromagntica (por ej. motoreselctricos, transformadores). Una parte de la energa deentrada se consume para crear y mantener el campomagntico. Esta parte de la energa de entrada no puede serconvertida en energa activa y es retornada a la red elctrica alremoverse el campo magntico. Esta potencia se conocecomo Potencia Reactiva Q , y se define del siguiente modo.

[VAr]sin3 IUQ

12

QueeslaPotenciaAparente?

Las aplicaciones de los equipos elctricos se basan en laconversin de la energa elctrica en alguna otra forma deenerga. La potencia elctrica tomada por un equipo desde elsuministro se denomina Potencia Aparente, y consiste depotencia activa y reactiva.La corriente medida con una pinza amperomtrica indica lapotencia aparente. Se define como:

[VA]IUS 3

13

QueeselFactor dePotencia?

Factor de Potencia = coscos-phi = P (kW) / S (kVA)

desfase

t

U, I

y P

oten

cia

+ ve + ve

-ve

Potencia

Corriente

Tensin

FbricaFP Tpico

No CompensadoCerveceras 0,6..0,7Carniceras 0,6..0,7Plantas de cemento 0,6..0,7Compresores 0,7..0,8Gruas 0,5..0,6Plantas de secado 0,8..0,9Maquinaria, gran tamao 0,5..0,6Maquinaria, pequeo tamao 0,4..0,5Plantas de papel 0,6..0,7Molinos 0,6..0,7Fbrica de acero 0,6..0,7Azucar 0,8..0,85Tabaco 0,6..0,7Bombas de agua 0,8..0,85Transformadores de soldadura 0,4..0,5

14

El bajo factor de potencia (1/2)

Causas:

Para producir un trabajo, las cargas elctricasrequieren de un cierto consumo de energa.

Cuando este consumo es en su mayora energareactiva, el valor del ngulo se incrementa ydisminuye el factor de potencia.

15

El bajo factor de potencia (2/2)

FP=Cos0 130 0.86660 0.590 0

2

3

1

Factor de potencia VS ngulo V

I

16

Problemas por bajo factor de potencia (1/3)

Problemas tcnicos:

Mayor consumo de corriente.Aumento de las prdidas en conductores.Sobrecarga de transformadores, generadores y

lneas de distribucin.Incremento de las cadas de voltaje.

17

Problemas por bajo factor de potencia (2/3)

Prdidas en un conductor VS factor de potencia

1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4FP

kW

9

6

3

0

18

Problemas por bajo factor de potencia (3/3)

Problemas econmicos:Incremento de la facturacin elctrica por mayor

consumo de corriente.Penalizacin de hasta un 120 % del costo de la

facturacin.

CFE

LFC

19

Beneficios por corregir el factor de potencia (1/2)

Beneficios en los equipos:

Disminucin de las prdidas en conductores.Reduccin de las cadas de tensin.Aumento de la disponibilidad de potencia de

transformadores, lneas y generadores.Incremento de la vida til de las instalaciones.

20

Beneficios por corregir el factor de potencia (2/2)

Beneficios econmicos:

Reduccin de los costos por facturacin elctrica.Eliminacin del cargo por bajo factor de potencia.Bonificacin de hasta un 2.5 % de la facturacin

cuando se tenga factor de potencia mayor a 0.9

21

PorqumejorarelFactordePotencia?

Reduccindelcostodeenerga(amortizacin:618meses,engeneral)

Reduccindeprdidasohmicas

MejoramientodelaCalidaddeEnerga(armnicas,cadasdetensin,..)

MayorcargadekWdeequiposdetransmisinydistribuciny/omenor

dimensionamientodeestosequipos(cable,transformador,barras,..)

ProteccinClimtica

22

CmomejorarelFactordePotencia?

CapacitoresdeCFP(HVoLV,automticosofijos)

Reducirlacantidaddecargainductiva

Usodeconvertidoresdemodernatecnologa

Generadoressincrnicossobreexcitados

CFPActiva(tiemporeal)conswitchescontiristores

23

Principio de laCFP

24

Trabajomecnico

o calor

Generacin de campos

magnticos

Energa Activa

Energa Reactiva

Capacitor

Suministro

Corriente

0

Carga

95

CorrienteCorriente

65

Principio de laCFP

25

S = Potencia Aparente P = Potencia Activa

Q = Potencia Reactiva

P

Q1QCS1

Q2 = Q1 - QC 1

S2

2

Principio de laCFP

26

AnlisisTrigonomtrico

27

MtodosdeCFP

Compensacin individualCompensacin en grupo

Conpensacin automtica centralizadaCompensacin combinada

CFP Activa (Tiempo Real, por medio de semiconductores)

28

MtodosdeCFP:1.CompensacinIndividual(fija)

29

MtodosdeCFP:1.CompensacinIndividual(fija)

Ventajas a primera vista

kVAr producidos en el lugar

Reduccin de prdidas en lnea

Reduccin de cadas de tensin

Ahorro de desconectador

Desventajas

Muchos capacitores pequeosson ms caros que uno central.

Bajo factor de utilizacin decapacitores para equipos de

operacin no habitual.

30

MtodosdeCFP:1.Compensacin Individual motorPara compensar motores asincrnicos la potencia del capacitor debera ser

como mximo 90 % de la potencia reactiva de vaco del motor.

Mayores relaciones de kVAr provocan la auto-excitacin del motor despus de ladesconexin de la red.

Riesgo de Sobre Tensin > 1,1 * Unominal!

La relacin de kVAr recomendada asegura un FP < 1 pero > 0,9 en vaco,asi como tambin a plena carga del motor.

Una regla prctica recomienda: kVAr = 35% de la potencia activa (kW) del motor.La potencia activa se puede encontrar en la placa de caractersticas del motor.

31

BancosdeCompensacinFijos

Los bancos fijos son muy tiles cuando se requiere mejorar el factorde potencia de una carga o un grupo de cargas cuya demanda depotencia reactiva es bsicamente constante.El banco fijo siempre estar conectado a la lnea de alimentacin

32

MtodosdeCFP:1.CompensacinIndividual Trafos.Para la compensacin de la potencia reactiva de vaco de transformadores, el dimensionamiento de los kVAr de los capacitores se basa en el consumo

de energa reactiva propio del transformador.Los valores recomendados compensan slo la potencia magnetizante de un

transformador en vaco.

Se puede usar la siguiente frmula aproximada:

Qo = So = io x SN / 100

Qo = Potencia reactiva de vaco del transformador en kVArSo = Potencia aparente de vaco del transformador en kVA

io = Corriente de vaco del trabsformador en % de la corriente nominalSN = Potencia nominal del transformador en kVA

33

MtodosdeCFP:2.Compensacin enGrupo

M M M

Ventajas a primera vista

Reduccin de la inversin de capital

Prdidas reducidas en lneas de distrib.

Cadas de tensin reducidas en ln. distrib.

Mayor factor de utilizacin de capacitores

34

MtodosdeCFP:3.CompensacinCentralizada

M M M

controlador

35

BancosdecompensacinAutomticosEl banco automtico de capacitores consta de un conjunto de celdas capacitivas de valoresdistintos y tambin idnticos.El relevador de factor de potencia se encarga de detectar las necesidades de potenciareactiva del sistema y conecta los grupos necesarios.

36

Bancos automticos de capacitores (1)

Cuenta con un regulador de VARS que mantiene el FP prefijado, ya sea mediante la conexin o desconexin de capacitores conforme sea necesario

Pueden suministrar potencia reactiva de acuerdo a los siguientes requerimientos:

constantes

variables

instantneos

Se evitan sobrevoltajes en el sistema

37

Bancos automticos de capacitores (2)

Elementos de los bancos automticos:

Capacitores fijos en diferentes cantidades y potencias reactivas (kVAR)

Relevador de factor de potencia

Contactores

Fusibles limitadores de corriente

Interruptor ternomagntico general

Los bancos de capacitores pueden ser fabricados en cualquier No. De pasos hasta 27 (pasos estandar 5,7,11 y 15)

38

Bancos automticos de capacitores (3)

El valor de los capacitores fijos depende del No. De pasos previamente seleccionado, as como, de la cantidad necesaria en kVARs para compensar el FP a 1.0

A mayor No. de pasos, el ajuste es ms fino, dado que cada paso del capacitor es ms pequeo, permitiendo lograr un valor ms cercano a 1.0, no obstante ocasiona un mayor costo

La conmutacin de los contactores y sus capacitores individuales es controlada por un regulador (vrmetro)

39

Esquema de un banco automtico de capacitores

40

MtodosdeCFP:3.CompensacinCentralizada

En fbricas con muchas cargas de distintas

potencias y tiempos de operacin, la

compensacin fija es generalmente demasiado

costosa y no efectiva.

La solucin ms econmica para aplicaciones

complejas es generalmente un banco

centralizado y automtico de capacitores,

controlado por un controlador automtico de

CFP. El punto de conexin generalmente es el

tablero general de distribucin.

Ventajas a primera vista

Mejor utilizacin de capacitores

Solucin ms efectiva (costo)

Ms fcil supervisin

Control automtico

41

CorreccinenBancosAutomticos

42

43

Dimensionado de una batera de condensadoresen presencia de armnicosDimensionado de una batera de condensadoresen presencia de armnicos

Los condensadores, en particular, son muy sensibles a losarmnicos por el hecho de que su impedancia decrece en funcinde la frecuencia del armnico, facilitando puntos de perforacin.

Si: Conexin a la red del condensador est prxima a un generador dearmnicos, puede producirse una oscilacin que entre en resonancia,amplificando as la oscilacin.

Corriente resultante calienta excesivamente al condensador y puedeproducir perforaciones en el mismo.

Una vez determinado la capacidad del condensador debe verificar que no entreen resonancia con la armnica preponderante en el circuito a compensar, paraello se debe determinar la frecuencia al cual entra en resonancia. Cambiar lacapacidad del condensador.

44

Aplicacin