Corrección del factor de potencia y filtrado de armónicos – ABB

En este cuaderno tecnico puedes encontrar como calcular los kVAr necesarios para correguir el factor de potencia en edificios, transformadores y motores.

Ademas encontraras como se calcula las perdidas y caida de tension teniendo en cuenta el factor de potencia. Calculos de beneficios economicos de corregir el factor de potencia, los efectos de los armonicos y la resonancia. 

Tambien la proteccion de los bancos y la correcta descarga de los condensadores

Resumen del cuaderno técnico de corrección del factor de potencia y filtrado de armónicos – ABB

¿Como se calcula la potencia reactiva para corregir el factor de potencia?

Una vez conocido el factor de potencia de la instalación (cosϕ1) y el que se quiere obtener (cosϕ2), es posible determinar la potencia reactiva necesaria de la batería de condensadores para alcanzar la corrección del factor de potencia.

Lo que debes hacer es multiplicar el factor «K» de la «tabla de factores k» por el valor de la potencia activa, como aparece en la siguiente formula:

formula para la correcion de factor de potencia

 

  • Qc: Potencia en kVAR de la batería de condensadores.
  • P: Potencia activa instalada.
  • k: Factor multiplicador llamado k (Ver tabla).

Tabla de factores k (kVAR x kW):Tabla de factores k para correccion de factor de potencia

La tabla anterior permite calcular, dado el cosϕ inicial, la potencia de la batería de condensadores en kvar por kW instalado necesaria para obtener un determinado factor de potencia.

Ejemplo de correccion de factor de potencia:

En una instalación industrial con potencia activa de 300 kW a 400 V y con un cosϕ inicial de 0.75, se quiere aumentar el factor de potencia a 0.90.

Para saber los kVAr necesarios que subiran el factor de potencia de 0.75  a 0.9 se debe buscar en la tabla de «factores k«, el valor 0.75 de la columna «cosϕ inicial» e interceptarlo con el valor 0.9 de la columna «cosϕ final», con lo cual se obtiene un coeficiente K de 0.398.

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Finalmente reemplazando en la formula Qc igual a:

Ejemplo de calculo de correccion de factor de potencia

Mejores ubicaciones para la instalacion de bancos de condensadores

Es muy importante saber en dónde se deben instalar los condensadores para sacar el máximo rendimiento de cada isntalacion. Algunas ubicaciones son:

  • Corrección del factor de potencia distribuida.
  • Corrección del factor de potencia por grupos.
  • Corrección del factor de potencia centralizada.
  • Corrección del factor de potencia mixta.
  • Corrección del factor de potencia automática.

Corrección distribuida

La corrección distribuida se realiza conectando directamente los condensadores a los terminales del dispositivo que necesita la potencia reactiva.

Este tipo de corrección es aconsejable para grandes equipos con carga y factor de potencia constantes y tiempos de conexión prolongados; por lo general, es utilizado para motores y lámparas fluorescentes.

esuqema de conexion banco de condensadores cargas distribuida

En caso de conexión directa (esquemas 1 y 2) se corre el riesgo de que, tras el corte de la alimentación, el motor, al continuar rotando (energía cinética residual).
Si esto ocurre, la tensión se mantiene en el lado de carga del dispositivo de maniobra y control, con riesgo de peligrosas sobretensiones (hasta el doble de la tensión nominal).

Corrección por grupos

Consiste en corregir localmente grupos de cargas con características de funcionamiento similares mediante la instalación de una batería de condensadores.

Este método se encuentra a medio camino entre la solución económica y el correcto servicio de la instalación, ya que los beneficios de la corrección afectan sólo a las líneas aguas arriba respecto al punto en el que se encuentra instalada la batería de condensadores.

Correccion de factor de potencia por grupos

Corrección centralizada

En instalaciones con muchas cargas, en las que todos sus elementos funcionan de forma simultánea y/o algunos están conectados sólo unas pocas horas al día, es evidente que la
solución de la corrección distribuida resulta demasiado costosa, quedando durante largos periodos inutilizados muchos de los condensadores instalados.

instalacion centralizada banco de condesnsadores

Por tanto, el uso de un único sistema de corrección en el punto inicial de la instalación permite reducir notablemente la suma de potencias de los condensadores instalados.
En la corrección centralizada se emplean normalmente complejos automatismos.

Corrección mixta

Esta solución deriva de un compromiso entre las soluciones de corrección distribuida y centralizada, combinando las ventajas de ambos. De esta forma, se utiliza la corrección
distribuida para los aparatos eléctricos de mayor potencia, y la centralizada para la parte restante.

La corrección mixta se emplea generalmente cuando en una instalación sólo se utilizan con frecuencia los equipos más pesados, de manera que éstos son compensados individualmente
mientras que los demás aparatos son compensados de forma centralizada.

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Corrección automática

En la mayor parte de las instalaciones no tiene lugar una absorción constante de potencia reactiva, por ejemplo, a causa de ciclos de trabajo en los que se utilizan máquinas
con diferentes propiedades eléctricas.

En dichas instalaciones se emplean sistemas de corrección automáticos que, por medio de un sistema de detección de tipo varimétrico y de un regulador del factor de potencia,
permiten la inserción o la desconexión automática de las diferentes baterías de condensadores, siguiendo de esta forma las variaciones de la potencia reactiva absorbida y manteniendo constante el factor de potencia de la instalación.

Con objeto de proporcionar una potencia lo más cercana posible a la requerida, la inserción de los condensadores tiene lugar de forma escalonada; la precisión de control será mayor cuanto más escalones haya y cuanto más pequeña sea la diferencia entre ellos.

Reducción de las perdidas aumentado el factor de potencia

Las pérdidas de potencia en un conductor eléctrico dependen de la resistencia del conductor y del cuadrado de la corriente que lo atraviesa; dado que a igual potencia activa transmitida más alto es el cosϕ y más baja es la corriente, al crecer el factor de potencia disminuyen las pérdidas en el conductor ubicado aguas arriba respecto al punto en el que se lleva a cabo la corrección.

En un sistema trifásico, las pérdidas se expresan de la siguiente manera:

La reducción de las pérdidas Δp, una vez efectuada la compensación, viene dada por:

formulas reduccion de perdidas

De esta fórmula se extrae que incrementando, por ejemplo, el factor de potencia de 0.7 a 0.9 se obtiene un ahorro en las pérdidas de cerca del 39,5%.

La próxima tabla establece el ahorro en las pérdidas incrementando el factor de potencia de un valor inicial cosϕ1 a un valor final 0.9 y 0.95.

pérdidas incrementando el factor de potencia

Corrigiendo el factor de potencia se obtiene una reducción de las pérdidas de potencia en todas las partes de la instalación ubicadas aguas arriba respecto al punto en el que
se efectúa la corrección.

Reducción de la caída de tensión aumentado el factor de potencia

La caída de tensión concatenada en una línea trifásica puede expresarse del siguiente modo:

Fromula caida de tension

Al igual potencia activa transmitida, la caída de tensión será menor cuanto mayor sea el factor de potencia.

Los armónicos en las instalaciones eléctricas

La presencia de armónicos en un sistema eléctrico indica por tanto una deformación de la forma de onda de la tensión o de la corriente, lo que conlleva una distribución de energía eléctrica que podría provocar el funcionamiento deficiente de los equipos.

armonicos en instalaciones electricas

Principales aparatos que generan armónicos

– ordenadores;
– lámparas fluorescentes y de descarga en gas;
– convertidores estáticos;
– grupos de continuidad;
– accionamientos de velocidad variable;
– soldadoras;
– hornos de arco y de inducción.

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Los efectos de los armónicos

Sobrecargas: La presencia de armónicos en la red eléctrica puede provocar un funcionamiento anómalo de los aparatos, como sobrecargas en el conductor de neutro, aumento de las pérdidas en los transformadores, daños en el par de los motores, etc.

Resonancia: La resonancia se presenta cuando la reactancia inductiva y capacitiva se igualan. De esta forma, se hablará de circuito resonante serie cuando la inductancia y la capacidad estén conectadas en serie, o de circuito resonante paralelo si la inductancia y la capacidad se encuentran conectadas en paralelo.

Filtros para armónicos

Junto con los inductores, y con objeto de limitar los efectos de los armónicos en una red, pueden emplearse los bancos de condensadores. De hecho, la combinación condensador-inductor constituye un filtro para armónicos.

El filtro, denominado filtro pasivo, está compuesto por un condensador conectado en serie a un inductor y su función es la de igualar la frecuencia de resonancia total a la frecuencia del armónico que se desea eliminar.
El filtro pasivo, que se determina en cada caso en función del armónico concreto que necesita ser filtrado, es económico al tiempo que fácil de conectar y de poner en funcionamiento.

filtro de armonicos

El filtro activo es capaz de eliminar de forma automática los armónicos de corriente presentes en la red con una
amplia gama de frecuencias. Su tecnología electrónica le permite generar un sistema de armónicos capaz de anular los armónicos presentes en la red.

filtro activoManiobra y protección de las baterías de condensadores

La inserción de una batería de condensadores determina un transitorio eléctrico debido a los fenómenos de carga eléctrica de la batería. De hecho, da lugar a una sobrecorriente de elevada frecuencia (equivalente en los primeros instantes a un cortocircuito de corta duración), cuya amplitud depende de los parámetros de la red aguas arriba y de las características de la batería.

Si se inserta una batería con una o más baterías ya conectadas a la tensión, es preciso dotarlas en serie de oportunas inductancias limitadoras, ya que en este caso el pico de corriente es mucho más elevado a causa de la brusca transferencia de energía de la o las baterías ya en servicio a la que acaba de ser insertada.

Composición de un banco de capacitores o condensadores

Un sistema de corrección del factor de potencia está compuesto básicamente por:

• un dispositivo de protección;
• un aparato de maniobra (contactor);
• uno o más condensadores debidamente conectados;
• eventuales resistencias para la descarga del condensador.

Los sistemas de corrección automática, además, cuentan con un regulador del factor de potencia que controla la inserción y la desconexión de los condensadores.

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Cuaderno técnico completo para la corrección del factor de potencia y filtrado de armónicos en las instalaciones eléctricas
Paginas58
Escritor por:ABB
NombreCuaderno técnico No 8 – corrección del factor de potencia y filtrado de armónicos
Tamaño 5Mb
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