View
16
Download
0
Embed Size (px)
DESCRIPTION
csdfwsdsdsdsdsdssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssss
Citation preview
1Calidad de Energa Elctrica
Banco de Condensadores
Ing. Wilmer Berrospi
Docente ISTP Escuela Superior
Reconocer los diferentes eventos que alteran la calidad del servicio elctrico.
Estudiar el impacto los efectos de los eventos en los equipos elctricos
Calidad de Energa Elctrica
OBJETIVOS
2CALIDAD DE = CALIDAD DELENERGIA PRODUCTO
Es un trmino utilizado para definir el estndar de calidad quedebe tener el suministro de electricidad (en corriente alterna) enlas instalaciones elctricas asociadas a la:
Tensin o voltaje constante
Forma de onda sinusoidal
Frecuencia constante
Calidad de Energa Elctrica
PARMETROS PERTURBACIONES
TENSIN Variaciones de tensin, se acepta el 5% de la tensinnominal
FRECUENCIA Variaciones sostenidas de frecuencia
PERTURBACIONES
Armnicas THD no mayor al 8%
Flicker
Calidad de Energa Elctrica
3 EN DNDE PUEDE ORIGINARSE LA MALA CALIDAD DE ENERGA?
1. En la acometida de la red elctrica que alimenta la instalacin por deficiencias en el suministro.
2. En la propia instalacin del usuario.
Calidad de Energa Elctrica
QUINES CAUSAN ESTAS DEFICIENCIAS?
Los causantes son los equipos de consumo o las cargas no lineales (generalmente constituidos por componentes electrnicos), como PCs, TVs, variadores de frecuencia, fluorescentes compactos, etc.
Calidad de Energa Elctrica
4Calidad de Energa Elctrica
INTRODUCCION
Calidad de Energa Elctrica
INTRODUCCION
5Calidad de Energa Elctrica
DEFINICIN DE UN PROBLEMA DE CALIDAD DE POTENCIA
Cualquier perturbacin que se manifieste en tensin o corriente o las desviaciones de frecuencia que tengan como resultado un fallo o mala operacin de un equipo
R.C. Dugan, M.F. McGranaghan, H.W.. Beaty Electrical Power Systems Quality McGraw-Hill 1996
Calidad de Energa Elctrica
PARMETROS ASOCIADOS A LA CALIDAD DE ONDA
6Calidad de Energa Elctrica
COMPARATIVO DE PERTURBACIONES
QU PROBLEMAS ORIGINAN?
Generacin de corrientes armnicas.
Fugas de corrientes en la red de tierra.
Variaciones de voltaje.
Calidad de Energa Elctrica
7DIFERENTES TIPOS DE CARGAS Y FORMAS DE ONDA
Type of Load Typical WaveformCurrentDistortion
Single PhasePower Supply
0 10 20 30 40
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
Time (mS)
Current 80%
(high 3rd)
Semiconverter
0 10 20 30 40
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
Time (mS)
Current high 2nd,3rd,
4th at partialloads
6 Pulse Converter,capacitive smoothing,no series inductance
0 10 20 30 40
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
Time (mS)
Current
80%
6 Pulse Converter,capacitive smoothing
with series inductance > 3%,or dc drive
0 10 20 30 40
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
Time (mS)
Current
40%
6 Pulse Converterwith large inductorfor current smoothing
0 10 20 30 40
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
Time (mS)
Current
28%
12 Pulse Converter
0 10 20 30 40
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
Time (mS)
Current
15%
ac VoltageRegulator
0 10 20 30 40
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
Time (mS)
Current varies with
firing angle
FluorescentLighting 17%Lmpara Fluorescente
Regulador de Tensin a.c.
Convertidor de Pulso 12
Convertidor de Pulso 6 con inductor
grande para suavizar la carga
Convertidor de Pulso 6 capacitivo
con inductancia en serie > 3%
Convertidor de Pulso 6 capacitivo sin
inductancia en serie
Semiconvertidor
Suministro de energa monofsico
Tipo de cargaDistorsin de
corriente
Vara con
el ngulo
Forma tpica de la onda
Calidad de Energa Elctrica
QU ES UNA ARMNICA?
Son las ondas de frecuencia enteras o mltiplos de nmeros enteros de las frecuencias fundamentales, que dan lugar a una seal distorsionada no sinusoidal.
Calidad de Energa Elctrica
8PROBLEMAS QUE ORIGINAN LAS ARMNICAS
Operacin errtica del equipo computarizado.
Sobrecalentamiento del equipo y los conductores.
Falla prematura de los equipos.
Mal funcionamiento de equipos de control, proteccin, medida y telecomunicacin.
Calidad de Energa Elctrica
SOLUCIONES A LOS PROBLEMAS DE ARMNICAS
Mantener baja la impedancia elctrica.
Preparar el circuito para asimilar el contenido de armnicas.
Balancear correctamente las cargas en los conductores/fases.
Calidad de Energa Elctrica
9EFECTOS DE LAS CORRIENTES ARMNICAS
Resonancia proveniente de los condensadores decompensacin reactiva (que mejoran el factor de potencia).
Los condensadores aumentan la distorsin del sistema y
contribuyen a producir el fenmeno de resonancia logrando
colapsar condensadores o transformadores.
SOLUCIN : Instalar filtros
Calidad de Energa Elctrica
EFECTOS DE LAS CORRIENTES ARMNICAS
Incremento de prdidas en conductores y transformadores
Se debe al incremento de las corrientes armnicas que se
suman a la fundamental
Errores de Instrumentos
Afectan severamente la lectura de los instrumentos.
Calidad de Energa Elctrica
10
0.00
0.30
0.60
0.90
1.20
1.50
0 300 600 900 1200 1500
N o Capac ito rs
Impedance,
F requency (H z)
Capacito rs
Resonance
Point
CONDICIONES DE RESONANCIA SIN Y CON BANCO DE CONDENSADORES DE 1200 KVAR EN SERVICIO
0.00
0.30
0.60
0.90
1.20
1.50
0 300 600 900 1200 1500
2400 kva rC ap Bank
2032 kva r4 .7 th F il te r
Impedance,
F requency (H z)
1200 kva rC ap Bank
EFECTO DEL FILTRO DE ARMONICOS EN LA FRECUENCIA DE RESONANCIA
Calidad de Energa Elctrica
REGULACIN DEL VOLTAJE
La mala regulacin del voltaje afecta principalmente a lasluminarias y a los motores elctricos.
Las variaciones tpicas de voltaje son:
Pico de alto voltaje.
Cadas de voltaje.
Parpadeo de voltaje.
Calidad de Energa Elctrica
11
REGULACIN DEL VOLTAJE
Soluciones a estos problemas
Circuitos independientes para equipos electrnicos. Empleo de conductores de ptima dimensin. Compensacin del factor de potencia. Sistema de conexin a tierra con un buen diseo y
mantenimiento. Instalacin de eliminadores de sobretensin para proteccin
de reas claves.
Calidad de Energa Elctrica
Phase A (50 Amps)
Phase B (50 Amps)
Phase C (57 Amps)
Neutral (82 Amps)
Electronic
Loads
CORRIENTE DE FASE Y CORRIENTE DE NEUTRO EN UN CIRCUITO QUE ALIMENTA CARGAS ELECTRNICAS
Calidad de Energa Elctrica
12
EJEMPLOS DE PROBLEMA Y SOLUCIONESCASO CONDUCTOR NEUTRO SOBRECARGADO
Cuando las cargas electrnicas 1 se alimentan de un sistema 3 (de 4conductores), las corrientes del neutro (In) aumentan.
En circuitos 3 con cargas lineales, la In es una funcin del balance decargas y generalmente es de valor pequeo.
Por ejemplo, si tenemos cargas electrnicas con presencia de la 3raarmnica (aprox, 70% de la fundamental) y asumimos cargasbalanceadas y de iguales caractersticas, entonces la Irms de fase y la Irmsneutral sern:
I fase = ( I12 + I2
2 ) 1/2 = ( 1,02 + 0,72 ) 1/2 = 1,22I neutro = ( I3 + I3 + I3 ) = 2,10I neutro/I fase = 2,10/1,22 = 1,72
Calidad de Energa Elctrica
CASO CONDUCTOR NEUTRO SOBRECARGADO
Lo que significa que el conductor neutro no debe ser subdimensionado.
En la siguiente figura se observa como la corriente en el neutro se incrementa segn el incremento de las cargas no lineales como una fraccin de la carga total.
rms Neutral Current in pu of rms Phase Current
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
1.40
1.60
1.80
0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%
Electronic Load (% of Total Load)
Neutral Current
Calidad de Energa Elctrica
13
CASO CONDUCTOR NEUTRO SOBRECARGADO
SOLUCIONES Incremento de la seccin del conductor neutro. Doble conductor neutro. Conductor neutro con cada fase. Transformador zig-zag en el lado de carga del conductor neutro afectado. Filtros en serie para bloquear corrientes armnicas de 3er orden.
Si se utiliza equipos donde la 3ra armnica es menor al 30% de la fundamental,entonces:
I fase = ( I12 + I2
2 ) 1/2 = ( 1,02 + 0,32 ) 1/2 = 1,04I neutro = ( I3 + I3 + I3 ) = 0,90I neutro/I fase = 0,90/1,04 = 0,87
Dimensionar el conductor neutro = conductor de fase !
Calidad de Energa Elctrica
CALENTAMIENTO DEL TRANSFORMADOR
Los transformadores no estn diseados especficamente para alimentar cargasno lineales que obligan a contabilizar prdidas adicionales causadas por lasarmnicas. Las prdidas relevantes son:
a) Las proporcionales a la resistencia de los arrollamientos y a la suma al cuadradode las corrientes fundamental y armnicas.
b) Por corrientes parsitas que son proporcionales al cuadrado de la corrientearmnica y al cuadrado del orden de la armnica.
Por lo tanto la capacidad de un transformador se reduce por la presencia dearmnicas en el sistema.
Calidad de Energa Elctrica
14
CALENTAMIENTO DEL TRANSFORMADOR
Ejemplo:
La figura ilustra como los transformadores que alimentan cargastotalmente electrnicas pueden tener una capacidad menor al 50% de suvalor nominal.
Transformer Capability After Derating For Electronic Load
Switched Mode Power Supply Load (Percent Overall Load)
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%
Calidad de Energa Elctrica
CALENTAMIENTO DEL TRANSFORMADOR
SOLUCIONES
Uso de transformadores con un factor k es suficiente para eltipo de cargas que sern alimentadas.
Filtros pasivos o activos en el lado de carga del transformador.
Transformador zig-zag o filtro de bloqueo para limitar lacomponente armnica de secuencia cero (tercera armnica).
Calidad de Energa Elctrica
15
Factor de Potencia
Factor de potencia
El factor de potencia se define como el cociente de la
relacin de la potencia activa entre la potencia
aparente; esto es:
Comnmente, el factor de potencia es un trmino
utilizado para describir la cantidad de energa elctrica
que se ha convertido en trabajo.
S
PFP =
16
Factor de potencia
El valor ideal del factor de potencia es 1, esto indica que
toda la energa consumida por los aparatos ha sido
transformada en trabajo.
Por el contrario, un factor de potencia menor a la unidad
significa un mayor consumo de energa necesaria para
producir un trabajo til.
Tipos de potenciaPotencia efectiva
La potencia efectiva o real es la que en el proceso de
transformacin de la energa elctrica se aprovecha
como trabajo.
Unidades: Watts (W)
Smbolo: P
17
Tipos de potenciaPotencia reactiva
La potencia reactiva es la encargada de generar el
campo magntico que requieren para su funcionamiento
los equipos inductivos como los motores y
transformadores.
Unidades: VAR
Smbolo: Q
Tipos de potencia Potencia aparente
La potencia aparente es la suma geomtrica de las potencias efectiva y reactiva; es decir:
Unidades: VA
Smbolo: S
18
El tringulo de potencias
Potencia activa P
Potencia reactiva Q
Potencia aparente S
El ngulo
En electrotecnia, el ngulo nos indica si las seales
de voltaje y corriente se encuentran en fase.
Dependiendo del tipo de carga, el factor de potencia
puede ser:
adelantado
retrasado
igual a 1.
)( CosFP =
19
El tringulo de potencias
De la figura se observa:
Por lo tanto,
CosS
P=
CosFP =
P
S
Q
Tipos de cargasCargas resistivas
En las cargas resistivas como las lmparas
incandescentes, el voltaje y la corriente estn en fase.
Por lo tanto,
En este caso, se tiene un factor de potencia unitario.
0=
20
Tipos de cargas Cargas inductivas
En las cargas inductivas como los motores y
transformadores, la corriente se encuentra retrasada
respecto al voltaje.
Por lo tanto,
En este caso se tiene un factor de potencia retrasado.
0
21
Diagramas fasoriales del voltaje
y la corriente
Segn el tipo de carga, se tienen los siguientes
diagramas:
V
I V
I
V
I
CargaResistiva
CargaInductiva
CargaCapacitiva
El bajo factor de potencia
Causas:
Para producir un trabajo, las cargas elctricas requieren
de un cierto consumo de energa.
Cuando este consumo es en su mayora energa reactiva,
el valor del ngulo se incrementa y disminuye el
factor de potencia.
22
El bajo factor de potencia
FP=Cos
0 1
30 0.866
60 0.5
90 0
2
3
1
Factor de potencia VS ngulo
V
I
Problemas por bajo factor de potencia
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.
23
Problemas por bajo factor de potencia
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
Problemas por bajo factor de potencia
Problemas econmicos:
Incremento de la facturacin elctrica por mayor
consumo de corriente.
Penalizacin de hasta un 120 % del costo de la
facturacin.
CFE
LFC
24
Beneficios por corregir el factor de potencia
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.
Beneficios por corregir el factor de potencia
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
25
Compensacin del factor de potencia
Las cargas inductivas requieren potencia reactiva para su
funcionamiento.
Esta demanda de reactivos se puede reducir e incluso
anular si se colocan capacitores en paralelo con la carga.
Cuando se reduce la potencia reactiva, se mejora el
factor de potencia.
Compensacin del factor de potencia
2
1LQ
Q
CQ
P
1S
2S
26
Compensacin del factor de potencia
En la figura anterior se tiene:
es la demanda de reactivos de un motor y la potenciaaparente correspondiente.
es el suministro de reactivos del capacitor de compensacin
La compensacin de reactivos no afecta el consumo de potencia activa,por lo que es constante.
LQ
CQ
1S
P
Compensacin del factor de potencia
Como efecto del empleo de los capacitores, el valor del ngulo
se reduce a
La potencia aparente tambin disminuye, tomando el valor de
Al disminuir el valor del ngulo se incrementa el factor de
potencia.
21
1S 2S
27
Compensacin del factor de potencia
Corrientetotal
Corrienteactiva
Corrientereactiva
Corrientetotal
Corrienteactiva
Capacitores
Corrientereactiva
Motor de induccinsin compensacin
Motor de induccincon capacitores de compensacin
Mtodos de compensacin
Son tres los tipos de compensacin en paralelo
ms empleados:
a) Compensacin individual
b) Compensacin en grupo
c) Compensacin central
28
Compensacin individual
Aplicaciones y ventajas
Los capacitores son instalados por cada carga inductiva.
El arrancador para el motor sirve como un interruptor
para el capacitor.
El uso de un arrancador proporciona control
semiautomtico para los capacitores.
Los capacitores son puestos en servicio slo cuando el
motor est trabajando.
Compensacin individual
Desventajas
El costo de varios capacitores por separado es mayor
que el de un capacitor individual de valor equivalente.
Existe subutilizacin para aquellos capacitores que no
son usados con frecuencia.
29
Compensacin individual
Diagrama de conexin
arrancador
M
C
Compensacin en grupo
Aplicaciones y ventajas
Se utiliza cuando se tiene un grupo de cargas inductivas
de igual potencia y que operan simultneamente.
La compensacin se hace por medio de un banco de
capacitores en comn.
Los bancos de capacitores pueden ser instalados en el
centro de control de motores.
30
Compensacin en grupo
Desventajas
La sobrecarga no se reduce en las lneas de alimentacin
principales
Compensacin en grupo
Diagrama de conexin
arrancador
M
arrancador
M
C
31
Compensacin central
Caractersticas y ventajas
Es la solucin ms general para corregir el factor de
potencia.
El banco de capacitores se conecta en la acometida de la
instalacin.
Es de fcil supervisin.
Compensacin central
Desventajas
Se requiere de un regulador automtico del banco para
compensar segn las necesidades de cada momento.
La sobrecarga no se reduce en la fuente principal ni en
las lneas de distribucin.
32
Compensacin central
Diagrama de conexin
C
Clculo de los kVARs del capacitor
De la figura siguiente se tiene:
Como:
Por facilidad,
QQQ Lc =
TanPQ *=
)( 21 TanTanPQc =
KPQc *=
2
1LQ
Q
CQ
P
1S
2S
33
Clculo de los kVARs del capacitor: Coeficiente K
FP d e s e a d o
FP actual 0.8 0.85 0.9 0.95 1
0.3 2.43 2.56 2.695 2.851 3.180.4 1.541 1.672 1.807 1.963 2.2910.5 0.982 1.112 1.248 1.403 1.7320.6 0.583 0.714 0.849 1.005 1.3330.7 0.27 0.4 0.536 0.692 1.020.8 0.13 0.266 0.421 0.750.9 0.156 0.484
Ejemplo
Se tiene un motor trifsico de 20 kW operando a 440 V, con unfactor de potencia de 0.7, si la energa se entrega a travs de un
alimentador con una resistencia total de 0.166 Ohms calcular:
a) La potencia aparente y el consumo de corriente
b) Las prdidas en el cable alimentador
c) La potencia en kVAR del capacitor que es necesario para corregir el F.P. a 0.9
d) Repetir los incisos a) y b) para el nuevo factor de potencia
e) La energa anual ahorrada en el alimentador si el motor opera 600 h/mes
34
Solucin (1/3)
a) La corriente y la potencia aparente
b) Las prdidas en el alimentador
AV
WI _49.37
7.0*440*3
000,201 ==
kVAAVS
IVS
_571.2849.37*440*3
**3
1 ==
=
WPerd
IRPerd
_70049.37*166.0*3
**3
2
1
2
==
=
==FPV
P
CosV
PI
**3**3
Solucin
c) Los kVAR del capacitor
Nos referimos a la tabla del coeficiente K
y se escoge el valor que est dado por
el valor actual del FP y el valor deseado:
d.1) La corriente y la potencia aparente
kVARkWQ
KPQ
C
C
_72.10536.0*20
*
==
=
kVAAVS _22.2216.29*440*32 ==
AV
WI _16.29
9.0*440*3
000,202 ==
35
Solucin
d.2) Las prdidas en el alimentador
e) Energa anual ahorrada
La reduccin de las prdidas:
La energa ahorrada al ao:
Considerando a $ 0.122 por kWh, se tienen $ 242.88 de ahorro tan slo en el alimentador
WPerd _45.42316.29*166.0*3 22 ==
kWhmesesmeshW
E _8.19901000
12*/600*55.276==
=
1000
_12*/* mesesmeshrsPE
WP _55.27645.423700 === 21 PerdPerdP
Ejemplo correccin factor de potencia
Potencia Reactiva (kVAR)requeridos para elevar el FP a:Mes
Demanda(kW)
Factor depotencia FP
0.90 0.92 0.94 0.96 0.98 1.00
Enero 315 0.8888 12 34 57 84 117 193Febrero 294 0.7894 103 123 145 170 201 272Marzo 293 0.8583 40 60 82 107 138 208Abril 298 0.9249 -26 -5 17 42 74 146Mayo 326 0.9321 -37 -15 10 38 72 151Junio 328 0.9218 -25 -2 22 50 85 164Julio 322 0.8898 11 33 57 85 119 197Agosto 329 0.9021 -2 21 45 73 108 187septiembre 326 0.8237 79 102 126 154 188 267Octubre 333 0.8893 12 35 60 88 123 204Noviembre 321 0.8930 8 30 54 81 115 193Diciembre 321 0.9044 -5 17 42 69 103 180
FP promedio = 0.8848
Calcular porcentaje de bonificacin con un FP deseado de 0.98
36
Potencia reactiva (kVAR)
Potencia reactiva:
Potencia aparente (kVA)
Potencia activa (kW)
Potencia reactiva (kVAR)
kW
kVAR=tg
tg*kWkVAR =
CosFP = FPCos 1=
( )FPCoskWkVAR 1tg* =
= kW
kVAR1tg
Compensacin del FPPotencia reactiva requerida
Potencia reactiva requerida para elevar el FP1 a un FP2
( ) ( )[ ]2111 costgcostg FPFPkWkVAR =Correccin de potencia reactiva debida al voltaje
V1 = Voltaje de lnea
V2 = Voltaje de diseo banco de capacitores
2
1
2
=
V
VkVARkVAR totales
37
Ejemplo: Compensacin del FP
Datos: Facto r de po tenc iaDem anda(kW ) Actu a l (FP 1) D eseado (FP 2)
315 0 .8888 0 .9600
Potencia reactiva requerida
( ) ( )[ ] 719600.0costg8888.0costg315 11 == kVARCorreccin de potencia reactiva debida al voltaje
84
480
440
712=
=totaleskVAR
V1 = 440 Volts (voltaje de lnea)
V2 = 480 Volts (voltaje de diseo banco de capacitores)
Ejemplo: Compensacin del FP
Calculo del porcentaje de penalizacin con un factor de potencia promedio anual de 0.8848
%2.1 100 0.9800
0.9 1
4
1 (%) nBonificaci =
=
1.110010.8848
0.9
5
3(%)nPenalizaci =
=
Calculo del porcentaje de bonificacin por mejorar el FP a 0.98
Nota: Los cargos o bonificaciones econmicas se determinan al multiplicar la suma de los cargos por demanda y consumo de energa, multiplicados por los porcentajes de penalizacin o bonificacin, segn sea el caso
38
Consideraciones del FP
Cargos y bonificaciones mximas
FP = 0.30 Penalizacin mxima 120%
FP = 1.00 Bonificacin mxima 2.5%
Compensacin individual de transformadores
De acuerdo con las normas tcnicas para instalaciones elctricas, la
potencia reactiva (kVAR) de los capacitores, no debe exceder al 10%
de la potencia nominal del transformador
Consideraciones del FP
Compensacin individual de motores
Generalmente no se aplica para motores menores a 10 KW
Rango del capacitor
En base a tablas con valores normalizados, o bien,
multiplicar los hp del motor por 1/3
el 40% de la potencia en kW
39
Para que sirven los Bcos. de Capacitores?
Mejora el FP. (Penalizaciones y bonificaciones)
Incrementa el voltaje de un sistema elctrico (Mejora la regulacin de voltaje).
Reduce las prdidas por efecto Joule.
Incrementa el FP de los generadores.
Incrementa la capacidad disponible de: cables, transformadores y generadores.
Incrementa la capacidad disponible en Turbinas.
Capacitores en Sistemas de Cogeneracin
En algunos pases como EU, los sistemas de cogeneracin de 100 kW o menores se han hecho muy comunes.
Estos sistemas operan en paralelo con la ca. suministradora de energa (por horarios o en forma continua).
Para potencias menores a 100 kW es preferible utilizar generadores de induccin sobre los sncronos.
Ventajas: Fcil instalacin. No requieren de complicados sistemas de control de sincronizacin de
potencia reactiva.
Fcil sincronizacin con el sistema de suministro. En proyectos de varias unidades es mas sencillo la interaccin entre ellos. No requiere de una fuente de excitacin externa. Menos costoso en potencias menores a 500 kW.
40
Cuidado en la Seleccin del Banco de Capacitores
Para determinar la capacidad adecuada es necesario tomar en cuenta:
El factor de potencia real de operacin del generador en vaco.
El factor de potencia real de operacin del generador bajo carga.
El voltaje real de operacin del sistema.
El contenido armnico. (Evitar resonancia).
La potencia reactiva de los bancos de capacitores ya instalados (si es que existen).
Auto-Excitacin
Este fenmeno es provocado cuando en la lnea de suministro se presenta una falla y el generador se queda operando en conjunto con el capacitor.
Bajo esta condicin el voltaje en el sistema puede ser excesivo y causar daos en los equipos.
Es importante que el sistema de generacin cuente con las protecciones adecuadas de voltaje y frecuencia, de tal forma que al presentarse una condicin de auto-excitacin se mande el disparo de la unidad.
La mayora de las unidades de generacin cuentan con equipos de proteccin microprocesados que al momento de detectar variaciones en voltaje y/o frecuencia peligrosas mandan el disparo de la unidad. (Interrupcin en la lnea de suministro).
Los capacitores deben de estar diseados para operar bajo un retardo de tiempo cuando existe una interrupcin.
41
Ejemplo de Aplicacin
Se tiene una Planta Industrial que cuenta con un grupo turbina-generador de 1,250 kVA, que alimenta una carga total de 1,000 kW con un FP de 0.80. Debido a una ampliacin se requiere adicionar una carga de 170 kW con un FP de 0.85.
Cul es la capacidad de los bancos de capacitores necesaria para evitar que la turbina-generador trabajen bajo una condicin de sobrecarga?.
Ejemplo de AplicacinCarga actual del sistema.
P = 1,000 kW
Q = 1,000 x tan ((acos(0.8)) = 750 kVAR
kVA = ((1,000)2 + (750)2)1/2 = 1,250 kVA
La carga adicional:
P = 170 kW
Q = 170 x tan ((acos(0.85)) = 105 kVAR
Entonces la Potencia Total que deber suministrar la Turbina-generador es de:
Ptot = 1,000 + 170 = 1,170 kW
Qtot = 750 + 150 = 855 kVAR
El FP mnimo para que la Turbina-Generador no se sobrecarguen es:
FPfut = 1,170 / 1,250 = 0.935
42
Ejemplo de AplicacinPara ello se requiere que la potencia reactiva futura sea de:
Q = 1,170 x tan ((acos(0.935)) = 444 kVAR
Por lo que la potencia reactiva necesaria para evitar la sobrecarga de la unidad es de:
Qnec = 885 444 = 411 kVAR
KW
KVA2
KVA1
KVAR1
KVAR2
KVARcap
Bancos automticos de capacitores 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
43
Bancos automticos de capacitores 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)
Bancos automticos de capacitores
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)
44
Esquema de un banco automtico de capacitores
Conclusiones
Un banco de capacitores bien aplicado nos puede traer grandes beneficios desde el punto
de vista de la confiabilidad de un sistema hacindolo mas robusto mejorando la
regulacin de voltaje y por ende la calidad de la energa, adems de lograr incrementar la
capacidad disponible de los equipos conectados.