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Corrección del factor de potencia

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La correción del factor de potencia es una necesidad común a todas las actividades que utilizan energía eléctrica. De hecho, cada usuario requiere a red no sólo la energía activa para realizar su actividad sino también cierta cantidad de energía reactiva (dependiendo del tipo de equipo presente en la instalación), la cual, aún sin ser productiva, es facturada por la entidad suministradora bajo forma de penalización si supera los valores contractuales.

Tal penalización puede ser eliminada instalando un sistema de corrección de factor de potencia adecuado. El tablero de corrección de potencia, instalado en paralelo a las otras cargas, permite reducir la energía reactiva suministrada y por ende eliminar los costos superfluos.
Además de este efecto inmediatamente cuantificable, la corrección del factor de potencia ofrece también otras ventajas.


1) A paridad de POTENCIA ACTIVA (kW), la POTENCIA APARENTE (kVA), parámetro que sirve para el dimensionamiento de la instalación, es inversamente proporcional al cosø.

Es evidente entonces que al aumentar el cosø se reduce el dimensionamiento y por ende el costo de la instalación.

2) La POTENCIA DISIPADA (DP) en la línea está asociada al cosø a través de

en donde K1 es un factor de proporcionalidad.
Un aumento del cosø reduce notablemente la disipación de potencia, bajo forma de calor, en los cables y en las barras, retardando su envejecimiento.

3) La CAÍDA DE TENSIÓN (DeltaV) en la línea es dada por:

en donde K2 es un factor de proporcionalidad.
Aquí también se puede observar que un aumento del coscosø reduce la caída de tensión en la línea con lo que se consigue un mejor rendimiento de los equipos utilizadores al ser la tensión a lo largo de la línea más cercana al valor nominal.

Un sistema de corrección del factor de potencia está dimensionado de manera adecuada cuando se ha tenido bien en cuenta tanto el aspecto cuantitativo como el aspecto cualitativo de las cargas, por lo que es preciso conocer:

1) la potencia correctora (kvar) que ha de ser instalada para reducir a cero la penalización a través del análisis de los consumos.

2) las condiciones ambientales y de la red eléctrica en las que va a funcionar el condensador, en particular en lo que concierne la presencia de armónicos en la línea.


Cálculo de los kvar necesarios

Corrección del factor de potencia distribuída
1) motor asíncrono trifásico:
puede ser corregido localmente al tener la ventaja de que su cable de alimentación está recorrido por una corriente inferior.
La potencia necesaria para la corrección del factor potencia puede ser tomada de la tabla 1.

Si se posee un motor con rotor devanado, es necesario aumentar de un 5% la potencia tomada de la tabla 1.

2) pérdidas en vacío del transformador: En su funcionamiento en vacío, durante las horas nocturnas y en los días festivos, el MT/BT absorbe potencia con un bajo cosø por lo que se debe efectuar la correción. La potencia necesaria puede ser tomada de la tabla 2, una vez conocida la potencia nominal del transformador y la tensión primaria.


Corrección del factor de potencia centralizada
Para calcular exactamente la corrección del factor de potencia que precisa una instalación, sirven: la potencia máxima utilizada y el cosø de la instalación; tales valores se pueden tomar de las facturas de la entidad suministradora o mediante oportunas mediciones. Establecido el valor cosø que se desea tener en la instalación, de la tabla 3 se determina el coeficiente K por el cual multiplicar los kW utilizados para calcular los kvar de corrección.

Ejemplo: una instalación que utiliza P=1000kW con cosø=0.70 debe ser corregida a cosø=0.94; de la tabla 3 se obtiene K=0.66 y por ende la instalación precisa Q=1000x0.66=660kvar como corrección al voltaje de la red.
Si la potencia del sistema corrector propuesto es referida a un voltaje diferente del de la red, entonces habrá que tenerla en cuenta mediante la relación

Ejemplo: si la potencia de 660 kvar es 400V y la corrección propuesta es 440V, habrá que considerar por lo menos

para compensar la carga examinada.


El problema de las armónicas
Las armónicas son producidas por cargas llamadas no lineales, por ejemplo:
• equipos de oficina (ordenadores, fotocopiadoras, etc.),
• lámparas de descarga en gases,
• UPS,
• motores comandados por convertidores estáticos,
• convertidores estáticos,
• hornos de arco.

Las armónicas producen una forma de onda de voltaje y corriente no sinusoidal, como muestra la siguiente figura.

Forma de onda con armónicas
Las armónicas inyectadas en la red por cargas no lineales ocasionan el sobrecalentamiento de los condensadores correctores y por ello los mismos deben ser oportunamente dimensionados para soportar el estrés añadido.


Esquema eléctrico de batería estándar



Evolución de la impedancia de una batería de condensadores en función de la frecuencia
Cuando la distorsión en la línea alcanza valores elevados aumenta el riesgo de resonancias paralelo entre sistema de corrección y red. Es decir, puede producirse una corriente de tal magnitud que los condensadores y demás equipos pueden quedar gravemente estropeados.
Conocidas la potencia de cortocircuito de la red (S in kVA) y la potencia del condensador corrector (Q in kvar), es posible determinar la frecuencia de resonancia paralelo mediante la fórmula:

en donde fr y f1 son respectivamente la frecuencia de resonancia paralelo y la frecuencia de la fundamental (50/60Hz).
Si la frecuencia calculada de esta manera es cercana a la frecuencia de una armónica presente en la red, se verifica la resonancia paralelo entre condensadores y red a la frecuencia de tal armónica.

Resonancia

Para evitar este riesgo es por lo tanto indispensable adoptar sistemas correctores expresamente diseñados, es decir provistos de reactancias de antiresonancia.



Esquema eléctrico de batería provista de reactancia de antiresonancia


Evolución de la impedancia de una batería de condensadores provista de reactancia de antiresonancia en función de la frecuencia



Como se puede observar en la figura de arriba, para frecuencias superiores a la de frecuencia de acuerdo reactancia-condensador, la batería de condensadores se presenta en la red como una inductancia, lo que elimina la posibilidad de resonancia en la red de distribución

Enfrenta on-line el problema de la Corrección del Factor de Potencia:

ELCONTROL ENERGY NET S.r.l.
via Vizzano, 44 - 40037 Pontecchio Marconi (BO) - Italy
tel. +39 051 6782006 - fax. +39 051 845544
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