Compensación de Energía Reactiva
Parte I
Julio Gonzales A.
Marzo, 2016
Power Quality
1
Desarrollo de la Electricidad
Siglo XIX
‘‘Corriente
‘‘Corriente
Continua’’
Continua’’
Thomas Alva Edison
‘‘Corriente
‘‘Corriente
Alterna’’
Nikola Tesla
Transmisión a
grandes distancias y
Desarrollo industrial
Banco de capacitores para
compensación de energía reactiva
‘‘Aparición de la
Potencia Reactiva’’
2
Contenido
Conceptos Básicos
Tipo de compensación reactiva
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SM
Calculo de la potencia reactiva
Ventajas de la compensación de
energía reactiva
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Conceptos Básicos
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¿Por qué la energía reactiva no se consume?
Pliego Tarifario Máximo del Servicio Público de
Electricidad
Cargo por Energía Reactiva
que exceda el 30% del total de la Energía
Activa (ctm. S/./kVar.h)
Fuente: OSINERGMIN
5
¿Qué es la energía reactiva y como se genera?
Generación
de Energía
Energia Activa
Energía Reactiva
Red de
Transmisión
Eléctrica
Energia Activa
Lámpara
Motor
incandescente
Energía Reactiva
Energía Activa suministrada y
facturada por el proveedor de
energía.
Energía Reactiva suministrada
y facturada por el proveedor de
energía.
Campos magnéticos
kWh + kVArh
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¿Qué es el cos phi?
Al conectar cargas inductivas se
produce un desfase entre la onda de
intensidad y la tensión.
El ángulo φ mide el desfase e indica
la relación entre la intensidad reactiva
(inductiva) y la intensidad activa
Esta misma relación se establece
entre las potencias o energías.
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Por esta razón el cos ϕ indicará el
“rendimiento eléctrico” de una
instalación.
7
Flujo de potencias en una instalación
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8
Factor de potencia de los receptores más usuales
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Tipo de Compensación
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Compensación global
en las salidas BT
Ventajas:
Suprime las penalizaciones por un consumo
excesivo de energía reactiva.
Ajusta la potencia aparente (S en kVA) a la
necesidad real de la instalación.
Descarga el centro de transformación
(potencia disponible en kW).
Observaciones:
La corriente reactiva (Ir) está presente en la
instalación desde el nivel 1 hasta los
receptores.
Las pérdidas por efecto Joule en los cables
no quedan disminuidas.
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Compensación Parcial
a la entrada de cada taller
Ventajas:
Suprime las penalizaciones por un
consumo excesivo de energía reactiva.
Optimiza una parte de la instalación, la
corriente reactiva no se transporta entre
los niveles 1 y 2.
Descarga el centro de transformación
(potencia disponible en kW).
Observaciones:
La corriente reactiva (Ir) está presente
en la instalación desde el nivel 2 hasta los
receptores.
Las pérdidas por efecto Joule en los
cables se disminuyen.
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Compensación Individual
en los bornes de cada receptor de tipo inductivo
Ventajas:
Suprime las penalizaciones por un
consumo excesivo de energía reactiva.
Optimiza toda la instalación eléctrica.
La corriente reactiva Ir se abastece en el
mismo lugar de su consumo.
Descarga el centro de transformación
(potencia disponible en kW).
Observaciones:
La corriente reactiva no está presente
en los cables de la instalación.
Las pérdidas por efecto Joule en los
cables se suprimen totalmente.
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¿Dónde compensar?
La instalación de los Banco de Capacitores en una red eléctrica
dependerá de los siguientes criterios:
Objetivo deseado:
deseado: Supresión de penalizaciones, descarga de las
líneas, aumento de la capacidad de los transformadores, aumento de
la tensión.
Se pueden dar los siguientes tipos de compensación de energía
reactiva:
• BC AT en red de distribucion AT
• BC MT, regulada o fija, para abonado MT
• BC BT, regulada o fija, para abonado BT
• Compensación fija para motor MT
• Compensación fija para motor BT
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Calculo de la Potencia Reactiva
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¿Cómo debemos hacer para compensar la Q?
Aplicando
Compensación
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¿Cómo debemos hacer para compensar la Q?
INSTALACION SIN COMPENSAR
Generación
de Energía
Energia Activa
Energía Reactiva
Red de
Transmisión
Eléctrica
Energia Activa
Lámpara
Motor
incandescente
Energía Reactiva
Energía Activa suministrada y
facturada por el proveedor de
energía.
Energía Reactiva
suministrada y facturada por
el proveedor de energía.
INSTALACION COMPENSADA
Generación
de Energía
Energia Activa
Red de
Transmisión
Eléctrica
Energia Activa
Energía Reactiva
Banco de
condensadores
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Lámpara
Motor
incandescente
Energía Activa suministrada y
facturada por el proveedor de
energía.
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Cálculo práctico de potencias reactivas
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Ejemplo A
Se tiene una planta industrial que tiene una carga en potencia real de 600
kW. En la factura aparece un cargo "por bajo factor de potencia", e indica
que éste es de 80 % atrasado promedio. Se desea instalar un banco de
capacitores para compensarlo, por algún otro motivo, hasta un valor de
97 %
Carga industrial
P=600kw
fp=0.8
fp=0.8
capacitor
Qc=?
Qc=?
Instalación
Fdp=0.97
Fdp
=0.97
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Ejercicio B
Para mejorar El factor de potencia de una carga industrial, se
conecta en paralelo un equipo que absorbe 50kVar y se consigue
un f.d.p. de 0.96 inductivo. La potencia aparente total es de
350kVa.Determine el triangulo de Potencias de la carga industrial
Carga industrial
P=? Q=? S=?
capacitor
Qc=
Qc=-50kvar
Instalación
Fdp=0.96
Fdp
=0.96
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350kva
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Compensación fija de motores asíncronos y transformadores
Motores asíncronos
Fenómeno de
autoexcitación
Cálculos
En la práctica se puede aproximar
como:
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21
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Compensación de motores asíncronos y transformadores
Transformadores de Potencia
La compensación de energía
reactiva de los transformadores
debe ser la necesaria 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 (Qcarga).
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23
Compensación de motores asíncronos y transformadores
1. Transformadores de Potencia
Io %: Valor porcentual de la corriente en vacio.
Uk%:Valor de la tension de cortocircuito porcentual las
Pfe: Perdidas en el hierro [kW]
Pcu: Perdidas en el cobre [kW]
KL: Factor de carga
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En la práctica se puede
aproximar como:
como:
24
Ejemplo
Se quiere compensar un
transformador de aceite de 630 kVA
que alimenta una carga igual al 60%
de su potencia nominal. Datos
extraidos de la placa de
caracteristicas del transformador:
Io% = 1.8%
Uk% = 4%
Pcu = 8.9 kW
Pfe = 1.2 kW
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Solución 01
Solución 02
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Calculo de la potencia compensar
A partir del recibo de compañía
1. Determinar el cosø la instalación
Sumaremos todos los consumos de
potencia activa (kWh
(kWh)
kWh
Sumaremos todos los consumos de
potencia reactiva (kVArh
(kVArh)
kVArh)
2. Determinar la potencia activa media
3. Aplicar la fórmula general
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Ejemplo de compensación de energía reactiva
Potencia Activa HP
KWH
Potencia Activa FP
KWH
Potencia Reactiva
KVARH
Potencia Activa TOTAL
KWH
enero
240 500.00
1 062 300.00
510 560.00
1 302 800.00
febrero
225 679.00
1 109 800.00
523 980.00
1 335 479.00
marzo
223 061.00
1 100 620.00
499 098.00
1 323 681.00
abril
235 690.00
1 030 790.00
498 069.00
1 266 480.00
mayo
230 640.00
1 041 640.00
470 760.00
1 272 280.00
junio
233 980.00
1 110 570.00
511 850.00
1 344 550.00
Para realizar un análisis de compensación se requiere los 6 últimos recibos de la empresa.
Total
Numero de horas
Potencia Reactiva
Potencia Activa TOTAL
Factor de Potencia
Factor de Potencia
Potencia Reactiva
dias
H
KVAR
KW
cosø
cosø objetivo
KVAR
31
24
686.24
1 751.08
0.9311
0.98
330.67
28
24
779.73
1 987.32
0.9309
0.98
376.19
31
24
670.83
1 779.14
0.9357
0.98
309.56
30
24
691.76
1 759.00
0.9306
0.98
334.58
31
24
632.74
1 710.05
0.9379
0.98
285.50
30
24
710.90
1 867.43
0.9346
0.98
331.70
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PROMEDIO
0.93
0.98
328.03
ANALISIS ECONOMICO
Pago por concepto de consumo de energia reactiva
Consumo
Importe
Precio Unitario
S/.
enero
119 720.00
0.0350
4 190.20
febrero
123 336.30
0.0352
4 341.44
marzo
101 993.70
0.0364
3 712.57
abril
118 125.00
0.0360
4 252.50
mayo
89 076.00
0.0361
3 215.64
junio
108 485.00
0.0357
3 872.91
PROMEDIO
110 122.67
0.04
Precio por KVAr instalado $
Potencia del Banco de Capacitores KVAr
70.00
330.00
23 100.00
Costo del Banco de Capacitores S/.
64 449.00
Retorno de la INVERSION (meses)
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3 930.88
Costo del Banco de Capacitores $
Importe promedio mensual
3 930.88
16.40
15-20 años
Expectativa de vida de un banco de capacitores
Existe un pago por
consumo de potencia
reactiva NTCSE que
establece que se
realiza el pago por
potencia reactiva si
se sobrepasa el 30%
de la potencia activa
de un cliente
regulado.
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Ventajas de
Compensación
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energy
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Ventajas de la compensación de la energía reactiva.
Aumento de la potencia disponible
Mediante la reducción de la
intensidad eficaz, se mejora el
rendimiento eléctrico de la
instalación, y permite aumentar
la potencia disponible en el
secundario de un transformador
MT/BT. En la siguiente tabla se
muestra el aumento de potencia
disponible en función del cosø
inicial si se corrige hasta un
cosø= 1.
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30
Ejemplo Practico
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31
Ventajas de la compensación de la energía reactiva.
Reducción de la sección de los conductores
Permite la reducción de la sección
de los conductores a
nivel de proyecto, porque para una
misma potencia activa la
intensidad
resultante
de
la
instalación compensada es menor.
En la siguiente tabla se observa el
coeficiente multiplicador de
la sección del conductor en
función del cosø de la instalación.
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32
Ventajas de la compensación de la energía reactiva.
Disminución de las pérdidas
Se reducen las pérdidas por
efecto Joule (calentamiento)
en los conductores y
transformadores. Estas
pérdidas son contabilizadas
como energía consumida
(kWh) en el contador, son
proporcionales a la intensidad
elevada al cuadrado.
Estas pérdidas se pueden
determinar según la siguiente
fórmula:
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Cada kvar instalado,
equivale a una reducción de
100 gr de emisiones de
C02
Cuidando el medio ambiente
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34
La corrección del factor de
potencia contribuye a mejorar
de distintas formas la
competitividad de las
empresas
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35
1.
2.
Calcular el factor de Potencia del sistema
Cual es Potencia requerida (Qr
(Qr)
Qr) para no pagar
por concepto de consumo de energía reaciva.
reaciva.
Considerar : Horas de trabajo 20 H x dia
Total de dias
30 dias
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Julio Gonzales A.
Power Quality
Julio.gonz@gmail.com
RPC : 964395968
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