Presencia Energía Reactiva.


 

En todas las instalaciones eléctricas, coexisten tres tipos de potencias:

 

  • Potencia Activa (La que produce el trabajo efectivo en Kw).

     

  • Potencia Reactiva (La que genera los campos electromagnéticos en Kvar).

     

  • Potencia Aparente (Es la suma de la Potencia Activa y la Reactiva en Kva).

 

El angulo φ formado entre la Potencia Aparente y la Potencia Activa, define el desfase entre intensidad y tensión, su coseno es el llamado Factor de Potencia (Fp) y su valor oscila entre 0, 1, -0 y depende de las cargas alimentadas (1 resistencias puras, 0 inductancias puras y -0 capacitancias puras).

 

Mayoritariamente en las instalaciones el factor de potencia es de carácter inductivo, siendo valores usuales del mismo, el rango de 0,70 a 0,90, dicho factor en las instalaciones varía constantemente dependiendo de las cargas que se conectan y desconectan de la misma.

 

La circulación de potencia reactiva por los conductores eléctricos genera pérdidas en forma de calor en los mismos, debido al efecto Joule ( PPérdidas = R * I2). Estas pérdidas se suman a las necesarias para transportar la potencia activa y tienen un coste económico que siempre paga el cliente.

 

A parte de los costes económicos debidos a la potencia reactiva, las compañías eléctricas penalizan en el consumo, a las instalaciones que presentan un bajo factor de potencia, actualmente no sea aplica recargo por reactiva a los consumidores con un Fp ≥ 0,95, que en la práctica supone que la mayoría de los consumidores tienen recargo.

 

El interés de corregir la potencia reactiva se basa en los siguientes aspectos económicos:

  • Minimizar las perdidas eléctricas en el transporte de la energía.
  • Eludir el recargo de las compañías eléctricas en relación al factor de potencia.

 

Técnicamente se consiguen los siguientes objetivos con la corrección de la potencia reactiva:

  • Minorizar las pérdidas por el efecto Joule.
  • Disminuir la caída de tensión en los conductores.
  • Disponibilidad  Total de la Potencia contratada Factor φ = 1.
  • Indirectamente la reducción de la emisión de CO2.

 

La corrección de la energía reactiva se realiza a través de condensadores, que como hemos detallado generan energía reactiva de carácter contrario a la energía reactiva inductiva (bobinas, motores).

 

En casos excepcionales cuando los consumidores son de gran potencia se compensa individualmente, asociando la capacidad necesaria a cada receptor, lo que se denomina compensación individual; usualmente los receptores son de potencias menores y se conectan y desconectan según el proceso productivo.

 

En los casos de múltiples consumidores se centralizan en baterías de compensación, que a través de reguladores de reactiva, conectan las capacidades necesarias.

 

A continuación exponemos un ejemplo de un sistema trifásico sin compensar la potencia reactiva y otro sistema trifásico compensado ambos equilibrados.

 

Industriaejemplo  Receptores monofásicos (20Kw motores, 20Kw extracción , 20Kw ventilación). Receptores trifásicos (50Kw motores maquinaria).

U= 400V.  S= 4 * 150 + 90 mm2. Longitud=  400m.  μΩcm =1,72 * 10-8. Horas año: 1.792h. Precio Kw/h = 0,1856€ 

 

Sistema Equilibrado sin compensación de reactiva.

 

 

PCarga 1 = 50Kw        QCarga 1 = 30,98 Kvar             SCarga 1 = 58,823Kva

PCarga 2 = 20Kw        QCarga 2 = 13,96 Kvar             SCarga 2  = 24,390Kva

PCarga 3 = 20Kw       QCarga 3 = 9,68 Kvar                 SCarga 3 = 22,222Kva

PCarga 4 = 20Kw       QCarga 4 = 12,39 Kvar               SCarga 4 = 23,529Kva

 

PTotal = 50+20+20+20 = 110Kw

QTotal = 30,98 + 13,96 + 9,68 + 12,39 = 67,02Kvar

STotal  = √ [PTotal] 2  + [QTotal] 2 = √ [110]2 + [67,02]2 = 128,813 Kva

 

Fp = PTotal / STotal  = 110 / 128,813 = 0,8539

Cos ᵩ = 0,85 ≤ 0,95 (Factor mínimo sin recargo)

Recargo Reactiva = QTotal * Horas año * €/ Kvarh = 67,02 * 1.792 * 0,0416€/kvar = 4.991,27€

 

1 = 0,85       ᵩ2 = 1

QCompensación = PTotal * (tan ᵩ1 - tan ᵩ2) = 110 * (tan(0,85) – tan(1) ) = -45,096Kvar.

QTrifásico = QCompensación  / 3 = -15,032Kvar.

 

 

En el ejemplo (si bien es equilibrado 2,43%), los cos ᵩ de cada una de las cargas es diferente,  por lo que el resultado del cálculo del triangulo de Potencias Total arroja un valor que no es absolutamente exacto, ya que existe un pequeño desequilibrio.

Teniendo las potencias reactivas por cada carga se puede expresar que la Q por fase será:

  • Qr = (Qcarga1 / 3 ) + Qcarga2 = (30,98/3) + 13,96 = 24,28 Kvar.
  • Qs = (Qcarga1 / 3) + Qcarga3 = (30,98/3) + 9,6 = 20,01 Kvar.
  • Qt = (Qcarga1 / 3) + Qcarga4 = (30,98/3) + 12,34 = 22,72 Kvar.

 

Sistema Equilibrado con compensación de reactiva.

 

 

PTotal = 50+20+20+20 = 110Kw

QTotal = QTotal – QCompensación = (30,98 + 13,96 + 9,68 + 12,39) - 45 = 67,02 – 45 = 22,02Kvar

STotal  = √ [PTotal] 2  + [QTotal] 2 = √ [110]2 + [22,02]2 = 112,165 Kva

 

Fp = PTotal / STotal  = 110 / 112,165= 0,98

Cos ᵩ = 0,98 ≥0,95 (Factor sin recargo)

IQc= Q/ V *√3 = 45* 103 / 400 * √3 = 65,09A

Simplificando el circuito anterior  (sin tener en cuenta el desfase), podemos obtener por fase el siguiente circuito equivalente, donde  podemos obtener las intensidades parciales.

 

PR1  = PCarga1 + PCarga2 = 16,66 + 20 = 36,66Kw

QR1 = [QCarga1 + QCarga2] – Qc = [10,32 + 13,96] – 15,03 = 9,257 Kvar

SR1  = √ [PR1] 2  + [QR1] 2  = √ [36,66] 2 + [13,96] 2 = 37,817Kva.

Fp =  PTotal / STotal  = 36,66 / 37,81 = 0,969

IR1= S/ V *√3 = 163,75A

 

PS1  = PCarga1 + PCarga2 = 16,66 + 20 = 36,66Kw

QS1 = [QCarga1 + QCarga2] – Qc = [10,32 + 9,68] – 15,03 = 4,98 Kvar

SS1  = √ [PS1] 2  + [QS1] 2  = √ [36,66] 2 + [4,98] 2 = 37,003Kva.

Fp =  PTotal / STotal  = 36,66 / 37,00 = 0,99

IS1= S/ V *√3 = 160,23A

 

PT1  = PCarga1 + PCarga2 = 16,66 + 20 = 36,66Kw

QT1 = [QCarga1 + QCarga2] – Qc = [10,32 + 12,39] – 15,03 = 7,69 Kvar

ST1  = √ [PT1] 2  + [QT1] 2  = √ [36,66] 2 + [7,69] 2 = 37,464Kva.

Fp =  PTotal / STotal  = 36,66 / 37,46 = 0,97

IT1= S/ V *√3 = 162,22A

 

 

Ineutro = 163,75+ 160,23 -120º + 162,22 120º ≈ 164 + 161-120º + 163 120º

Ineutro = 164 0i  + -80,5-139,43i + -81,5 141,16i = 2 1,73i

 

Resistencia conductor R = ρ * L / S = 0,046Ω

Potencia perdidas = R * (IR2 + IS2 + IT2 + Ineutro2) =  3.614,60W

Importe perdidas  = € Kwh * h * Pperdidas = 1.202,19 € Año.

 

Imedia = [ (163,75) + (160,23) + (162,22) ] / 3 = 162,07A.

∆Intensidad (%) = ( Imáxima -  Imedia / Imedia ) *100 = (163,75-162,07) / 162,07 =  1,03%  <10% EN-UNE-60150:1996

Interruptor Magnetotérmico = 4P 250.A. Reg 0.7 * In

 

De los ejemplos anteriores se puede observar que los costes para un ciclo anual (1.792h) son muy superiores en el circuito desequilibrado sin compensar, tanto por las pérdidas en los conductores como por el recargo de reactiva.

 

 

 

 

 

 

Como se apreciará, en el sistema equilibrado compensado mejoran ambos factores, el primero por una menor intensidad para la misma potencia útil (Kw) y una ausencia de recargo de reactiva.

 

Ya se indicó, que pese a que las potencias monofásicas tienen la misma potencia activa (20Kw en el ejemplo), los diferentes cosenos de las mismas generan un pequeño desequilibrio, por diferencias de las potencias reactivas (Q) de las mismas. Ese factor se aprecia en el cosφ por fase que no es exactamente al cosφ global. (cosφ global = 0,98   Rcosφ= 0,96  Scosφ= 0,99   Rcosφ= 0,97)

 

Sistema Desequilibrado con compensación de reactiva.

 

En el siguiente ejemplo de un sistema desequilibrado sin compensar se apreciará otro de los fenómenos que ocurre si no se tiene en cuenta los desequilibrios, la sobrecompensación de reactiva.

 

El valor de la compensación reactiva  es el mismo que en el sistema equilibrado ya que la Potencia Activa Total y la Potencia Reactiva Total siguen siendo idénticas, solo los valores por fase cambian según la disposición de la conexión.

 

 

PTotal = 50+20+20+20 = 110Kw

QTotal = QTotal – QCompensación = (30,98 + 13,96 + 9,68 + 12,39) - 45 = 67,02 – 45 = 22,02Kvar

STotal  = √ [PTotal] 2  + [QTotal] 2 = √ [110]2 + [22,02]2 = 112,165 Kva

 

Fp = PTotal / STotal  = 110 / 112,165= 0,98

Cos ᵩ = 0,98 ≥0,95 (Factor sin recargo)

 

Simplificando el circuito anterior  (sin tener en cuenta el desfase), podemos obtener por fase el siguiente circuito equivalente, donde  podemos obtener las intensidades parciales.

 

PR1  = PCarga1 = 16,66 = 16,66Kw

QR1 = [QCarga1 ] – Qc = [10,32 ] – 15,03 = -4,71 Kvar

SR1  = √ [PR1] 2  + [QR1] 2  = √ [16,66] 2 + [-4,71] 2 = 37,817Kva.

Fp =  PTotal / STotal  = 16,66 / 37,81 = -0,969 ( ! Capacitivo ! )

IR1= S/ V *√3 = 74,98A

 

PS1  = PCarga1 + PCarga2 + PCarga3 = 16,66 + 20 +20 = 56,66Kw

QS1 = [QCarga1 + QCarga2 + QCarga3] – Qc = [10,32 + 13,96 + 9,68] – 15,03 = 18,94 Kvar

SS1  = √ [PR1] 2  + [QR1] 2  = √ [56,66] 2 + [18,94] 2 = 59,74Kva.

Fp =  PTotal / STotal  = 56,66 / 59,74 = 0,948

IS1= S/ V *√3 = 258,72A

 

PT1  = PCarga1 + PCarga4 = 16,66 + 20 = 36,66Kw

QT1 = [QCarga1 + QCarga2] – Qc = [10,32 + 12,39] – 15,03 = 7,69 Kvar

ST1  = √ [PT1] 2  + [QT1] 2  = √ [36,66] 2 + [7,69] 2 = 37,464Kva.

Fp =  PTotal / STotal  = 36,66 / 37,46 = 0,978

IT1= S/ V *√3 = 162,22A

 

Ineutro = 74,98+ 258,72 -120º + 162,22 120º ≈ 75 + 259-120º + 163 120º

Ineutro = 75 0i  + -129,5-224,3i + -81,5 141,16i = 136 -83,14

 

Resistencia conductor R = ρ * L / S = 0,046Ω

Potencia perdidas = R * (IR2 + IS2 + IT2 + Ineutro2) =  4.535,18W

Importe perdidas  = € Kwh * h * Pperdidas = 1.508,38 € Año.

 

Imedia = [ (74,98) + (258,72) + (162,22) ] / 3 = 165,31A.

∆Intensidad (%) = ( Imáxima -  Imedia / Imedia ) *100 = [(258,72-165,13) / 165,13] *100 =  56,67%  <10% EN-UNE-60150:1996

Interruptor Magnetotérmico = 4P 400A. Reg 0.8 * In

 

El sistema desequilibrado compensado, presenta en comparación con el sistema desequilibrado sin compensar, un desequilibrio aun mayor (56,67% frente a un 54,04% del desequilibrado sin compensar), por lo que todos problemas indicados en el ejemplo del sistema desequilibrado se magnifican en este.

 

La compensación de la energía reactiva, solo acucia el desequilibrio entre las intensidades de fase, por sobre exceso en alguna fase y carencia en otras a igualdad de Potencia Activa Total y Potencia Aparente Total en un sistema equilibrado.

Sobredimensionar las baterías de condensadores, para buscar el factor de potencia sin recargo, conlleva magnificar el problema de base, el desequilibrio.

 

Es particularmente sencillo encontrar en sistemas desequilibrados, que la potencia reactiva de la batería de condensadores sea de capacidad muy superior a las necesidades reales de la instalación, cuando el único criterio es  una ventaja económica a corto plazo, y un perjuicio grave a mayor plazo.

 

La sobrecompensación de reactiva, acarrea la exportación de energía reactiva capacitiva hacia la red eléctrica, no estando permitido según la legislación  vigente factores capacitivos en las instalaciones eléctricas (ITC-BT-43). El factor de potencia capacitivo puede acarrear consecuencias graves, si se une a una fuerte distorsión armónica.

 

 

 

 

Una de las posibles consecuencias de un factor de potencia capacitivo en las instalaciones eléctricas, es el efecto ferranti en los transformadores de alimentación. Dicho efecto provoca tensiones superiores aguas abajo del punto de conexionado de la batería de condensadores, es particularmente más sencillo que se produzca en transformadores individuales que alimentan una sola carga (Instalación eléctrica) que en los que alimentan simultáneamente a varias cargas.

 

Efecto Ferranti por sobrecompensación.

 

Veamos un ejemplo del posible efecto ferranti:

 


 

PTotal = 150Kw

QCarga = PCarga * tan[arcsen(cos)] = 30,98 Kvar

QTotal = QCarga – Qc =  =  30,98 – 75,00 = -44,01 Kvar

STotal = √ [PTotal] 2  + [QTotal] 2  = √ [150] 2 + [-44,01] 2 = 156,32Kva.

Fp =  PTotal / STotal  = 150 / 156,32 = 0,959

senᵩ = tan [ arcsen(0,959)] = 0,619

 

CÍndice Carga =  SCarga / STransformador  = 156,32 / 250 = 0,62

ɛXcc = √ ( ɛcc )2 - ( ɛRcc )2  = √ ( 8,1 )2  - ( 2 )2 = 7,84%

ɛc = CÍndice Carga * [ (ɛRcc  *  cosᵩ) – (ɛXcc * senᵩ)

ɛc = 0,62 * [ ( 2,0 * 0,959 ) – ( 7,84 * 0.619 ) = -1,838%

 

Incremento Volts =  (VNominal  * ɛ) / 100 =    ( 400 * 1,838) /100 = 7,35V

Vc =  VNominal +  Incremento Volts  =  400 + 7,35 = 407,35V.

 

Una vez analizados los cuatro sistemas expuestos,(Equilibrado Compensado, Desequilibrado Compensado, Equilibrado sin compensar y Desequilibrado sin compensar) se puede observar para un ciclo anual (1.792h) los siguientes costes de explotación, detallados en los anteriores ejemplos, ordenados de menor a mayor.

 

Evidentemente la disposición primera “Equilibrado compensado” es la más ventajosa económicamente, sin desdeñar las ventajas técnicas que conlleva (Mayor disponibilidad de la potencia contratada, protecciones eléctricas más idóneas, menores pérdidas de transporte, etc);  las demás acarrean siempre costes de explotación superiores y problemas de eficiencia eléctrica.

Si bien queda claro, que la compensación de la energía reactiva, tiene ventajas tanto económicas como técnicas, la sobrecompensación produce los efectos contrarios, por lo que es conveniente a  parte de imperativo legal, que las instalaciones nunca superen el factor de potencia φ=1; ya que por otro lado, el recargo por las compañías suministradoras es para un factor ≤ 0,95 inductivo.

 

Desde MECFI S.L le brindamos la oportunidad de analizar su suministro y detectar, las deficiencias a  solucionar, para obtener el cliente, el coste menor energético posible en sus instalaciones eléctricas.

 

Todas las gráficas de consumos y cosenos que están en esta página corresponden a casos reales, a problemas reales; instalaciones con baja o nula eficiencia energética o clientes mal asesorados.

 

MECFI S.L ha intervenido en su estudio y resolución, con plena satisfacción por parte de nuestros clientes y con la confianza  de nuestra parte, de lograr los costes menores posibles de explotación para las instalaciones.

Si desea mejorar sus costes energéticos, no dude en ponerse en contacto con nosotros.

 

A continuación indicaremos brevemente los criterios que se han de observar para la selección de baterías de condensadores que son:

 

  • Determinación de la potencia necesaria.
  • Determinación del perfil adecuado de los escalones.
  • Determinación de la características técnicas de los condensadores.
  • Determinación de otras características de funcionamiento e instalación.

 

 

Determinación de la potencia necesaria.

 

Una de las maneras (muy inexacta) de obtener la potencia necesaria de la batería de compensación de energía reactiva, es a través de las facturas de las compañías eléctricas.

 

Podemos obtener por mes, los dos consumos para el cálculo, los Kwh, es decir la energía activa y los Kvarh, es decir la energía reactiva, la exactitud del cálculo será muy dependiente del perfil de la actividad del proceso, siendo aceptable en procesos de consumo muy lineales y poco afortunado en procesos menos lineales.

 

En este tipo de estimaciones se ha de considerar el horario de funcionamiento, y como el manejo es de valores totales, es imposible verificar las necesidades máximas, mínimas y medias diarias, así como la variabilidad del factor de potencia en el tiempo (cambios muy brucos, o cambios menos bruscos); este sistema puede ser conveniente a pequeños negocios o consumidores (tiendas, pequeños locales comerciales, etc) sin grandes variaciones de consumo a lo largo de un año.

 

Evidentemente las facturas si arrojan el valor del objetivo económico a conseguir con la compensación de la energía reactiva.

 

La manera correcta de realizar una estimación rigurosa, de la potencia necesaria para una batería de condensadores es empleando analizadores de redes, que nos indican en los periodos de lectura consignados, los valores reales de la instalación. Dependiendo del tipo de proceso y la variación del consumo se realiza un estudio semanal o inferior, arrojando el perfil eléctrico de consumo con todos las variables implicadas (Potencias, Intensidades, Voltajes, Cosenos, Distorsión armónica, etc).

 

De la interpretación de las gráficas y de los valores de los registros, se obtiene la potencia necesaria para la batería de condensadores, valorando la tipología de la batería de condensadores ( respuesta rápida, presencia de armónicos, desequilibrios).

 

Algunos fabricantes en sus especificaciones técnicas, ofrecen la potencia de sus baterías a diferentes tensiones 400, 440, 500, etc, no hay que olvidar que la capacidad de un condensador es directamente proporcional al cuadrado la tensión, y que la tensión es la que existe en el lugar de instalación. Si en nuestro caso, la tensión es de 400V la potencia de la batería de condensadores ha de estar referida a los 400V y solo a esta.

 

Colocar baterías sobredimensionadas, aparte de encarecer innecesariamente al cliente, perjudica técnicamente como hemos comentado en esta misma página.

 

Estimaciones rápidas o muy interesadas económicamente, a través de las facturas eléctricas es desgraciadamente una opción muy común y extendida.

 

Determinación del perfil adecuado de los escalones.

 

Las baterías de condensadores están compuestas de diferentes capacidades, que se van conectando y desconectando según las necesidades de la instalación.La elección del número de escalones y la capacidad de los mismos es determinante en el funcionamiento, es decir en la compensación del factor de potencia.

 

El coste de las baterías está relacionado con la potencia de la misma y con el número de escalones que la componen, por lo que se ha de elegir combinado los dos criterios mencionados.A mayor potencia mayor coste. A mayor número de escalones a igualdad de potencia mayor coste.

 

Si el criterio determinante es el meramente económico, si bien la potencia puede estar bien seleccionada, los escalones pueden ser inoperativos; porque como ya hemos comentado, a mayor número de escalones mayor coste para la misma potencia.

 

Vamos a exponer un ejemplo de una compensación de una instalación, que pasara del factor de ± 0,94 a factor ± 0,99.

 

En el primer caso empleamos una batería de 50Kvar (10 + 10 +10 +20) y en el segundo caso una batería de potencia menor 37,5Kvar (2,5 +5 +10 +20), en las gráficas veremos el factor de potencia resultante y la adecuación de la potencia de los escalones, con la demanda de reactiva.

 

 

En este caso  (50Kvar) se aprecia que la curva de demanda de reactiva, no llega a adaptarse a las combinaciones de las capacidades de los escalones. El perfil del coseno corregido es relativamente cambiante, si se compara con una opción más adecuada como la posterior y de menor potencia.

 

 

Como se aprecia con una batería de potencia menor (37,5Kvar), con unos valores adecuados de capacidad en los escalones, se puede obtener una respuesta muy superior a una batería de capacidad superior y escalones no tan efectivos.

 

En el ejemplo que hemos mostrado la batería más inadecuada sería la más cara (50Kvar) y la más idónea más económica.

 

Es evidente, que no solo es criterio determinante la potencia de la batería, (siempre adecuada a las necesidades para evitar sobrecompensar), sino la selección de los escalones, a la que solo se puede llegar con un analizador de redes.

 

El empleo de este medio, requiere tiempo y esfuerzo de interpretación, pero es la única manera confiable de aunar aspectos técnicos y económicos, rigor que como empresa, nos diferencia de la competencia y que es patente en la satisfacción de nuestros clientes.

 

Determinación de la características técnicas de los condensadores.

 

La potencia reactiva que puede entregar un condensador es proporcional a su capacidad y depende del cuadrado de la tensión y la frecuencia de red.

Qc = C * ω * (UN) 2 * 109                               

ω = 2 * π * fn

 

En un condensador trifásico (compuesto por tres capacidades) conectado en triangulo la potencia reactiva por fase es igual:

 

QF = QR-S / 3 (Var)                                                                                             Potencia reactiva por fase.

XF = (UN)2 / Q(Ω)                                                                                            Impedancia por fase.

CF = 1 / ( ω * XF ) = [ 1 / (2 * π * fn * XF ) ] * 10-6 (μF)                                  Capacidad por fase.

 

Se deduce de lo expuesto, que a mayor tensión se consigue para la misma capacidad, una mayor potencia reactiva, el límite de esta deducción; es la tensión máxima admisible del condensador.

Las tensiones comerciales son: 230V, 400V, 440V, 525V y 690V.

Las potencias nominales de las capacidades, tienen tolerancias admitidas -5% +10% y una esperanza de vida en el rango de 100.000 / 150.000 horas.

 

Existen diferentes factores que afectan a la expectativa de vida de los capacitores:

  • a) Tensión real de servicio.
  • b) Presencia de armónicos.
  • c) Temperatura de funcionamiento.
  • d) Corriente de inserción.

 

a) La tensión nominal de servicio ha de ser la tensión real, considerando la influencia de la capacidad misma, todas las sobretensiones menguan la expectativa de vida de los condensadores, en muchos casos están relacionadas con la presencia de armónicos. (Por lo que le invitamos si está interesado, a la lectura de otra sección de esta web, “Presencia de Armónicos”)

La conexión de un condensador en paralelo, provoca un aumento de tensión en régimen permanente  y es dado por la siguiente relación aproximada:

 

∆UFinal /  UNominal  QCapacidad(Mvar) / SCC(Mva)

 

Donde Q es la capacidad expresada en Mvar.

Donde S es la potencia de cortocircuito en el punto donde se instalará el condensador en MVa.

 

Según normativa se admiten las siguientes sobretensiones.

 

 

Una sobretensión permanente de 1,10 veces la UNominal es equivalente a un factor de 0,50 * Vida nominal condensador.

b) Presencia de armónicos. La presencia de armónicos provocan sobretensiones y sobrecorrientes en los condensadores, tasas de distorsión armónica total mayores del 5% (THD-V) pueden provocar serios problemas por resonancia de las capacidades. (Por lo que le invitamos si está interesado, a la lectura de otra sección de esta web, “ Presencia de Armónicos”)

c) Temperatura de funcionamiento. Todas las capacidades reales presentan perdidas eléctricas y calentamientos por el efecto joule P = R *I2, este mismo calentamiento unido al  de la aparamenta de  protección, resistencias de preinserción, contactores de maniobra y cableado, limita la vida de servicio de los condensadores si se superan las temperaturas de diseño. Las temperaturas usuales máximas son de 55ºC, las medias diarias de 45ºC y las medias anuales de 35ºC.

 

 

Las operaciones por encima de los límites de su categoría aceleran la degradación del dieléctrico y acorta en sobremanera la vida de los mismos. Mantener una cierta distancia entre las capacidades, y asegurar una ventilación adecuada (natural o forzada) alarga la vida útil de los condensadores.

Cuando se diseñan grupos de compensación de reactiva, se ha de considerar el aumento de la temperatura en el interior de la envolvente, sumando todas las fuentes de generación de calor y la capacidad de disipación de la envolvente.

En la tabla adjunta están los valores en W por polo de los componentes usuales.

 

 

Veamos un ejemplo de cálculo de la batería anterior 37,5Kvar (2,5 + 5 + 10 +20)  capacidades clase D, en una envolvente cerrada metálica de 1500 * 500 * 400mm, ubicada en un recinto a ±30ºC.

5,8 W/m2 K para envolventes metálicos

5,2 W/m2 K para envolventes no metálicos

 

PPérdidas = 223,19W

Superficie = [ 2 * ( 1,5 * 0,5) ] + [ 2 * (1,5 * 0,4) ] + 1 * (0,5 * 0,4) = 2,9 m2

∆t = PPérdidas / ( K * Superficie) = 223,19 / (5,8 * 2,9) = 13,26ºC

TTotal  = 30ºC + 13,26ºC = 43,26ºC < 45ºC

 

 

En el caso de que el armario posea aberturas de ventilación se aplicara el factor K corregido a la totalidad de la superficie del armario dependiente de la sección útil de las aberturas.

En el caso de optar por ventilación forzada, un método aproximado para obtener los m3/h  es la aplicación de la siguiente fórmula:

V = 3,1 * [ PExtraer / ∆T ] (m3/h)

PExtraer = Diferencia entre la potencia total y la disipada por el armario en W.

∆T = Incremento de la temperatura buscado en el interior del armario.

 

 

d)Corriente de inserción.

La conexión de condensadores en las baterías de regulación automáticas provoca elevadas sobrecorrientes transitorias, que en muchos casos puede alcanzar como valor de cresta 30 veces la intensidad nominal durante periodos de 4 mseg.

El valor de la intensidad de cresta para una capacidad es:

 

ICresta = INominal * √  [ ( 2 *Scc) / Q]

Donde Q es la capacidad expresada en MVar.

Donde S es la potencia de cortocircuito en el punto donde se instalará el condensador MVa.

 

El valor de cresta para una capacidad conectada a posteriori de otra es:

 

XC = 3 * UNominal * ( 1/Q1 * 1/Q2 * 1/Qn) * 106

ICresta = (UNominal * √ 2 ) / [ √ (XC * XL) ].

 

En este caso, la intensidad de cresta es muy superior del orden de 150 a 200 la intensidad nominal, debido a que las capacidades conectadas, se descargan en la nueva capacidad conectada.

Para evitar dichas intensidades que generan fenómenos perturbadores en el resto de la instalación, se emplean contactores específicos para condensadores, dotados de resistencias de precarga. Las resistencias de precarga se conectan instantáneamente al cierre del contactor,  mediante los contactos auxiliares, dejando en serie las resistencias y el condensador. Después de 3 mseg los contactos principales de potencia, puentean las resistencias y la capacidad se halla a la tensión nominal.

 

Si desea ampliar con las características de funcionamiento e instalación de las baterías de compensación de reactiva acceda a la sección: Energía Reactiva – 2 (Conductores de alimentación, Protecciones eléctricas, calculo constante C/K, otros ajustes), o bien pulse aquí.

 

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