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Electricidad y electrónica – Técnica y ciencia por Jorge Pareja

Compensación de Potencia Reactiva en Baja Tensión

compensacion 1

Las máquinas y circuitos eléctricos necesitan para su funcionamiento de flujo de corriente eléctrica y de Tensión eléctrica en bornes, ambas variables provienen de un generado eléctrico alterno, que produce una onda sinusoidal, esta misma aplicada a una resistencia eléctrica RR no genera ningún efecto sobre la fuente de generación, por ello se le denomina «lineal», sin embargo cuando el generador con la onda sinusoidal es aplicada a circuitos donde tenemos Capacitores Condensadores=CCondensadores=C y Bobinas inductancias=Linductancias=L, ocurre un fenómeno que se denomina desplazamiento de fase.


compensacion 2

 

Las Potencias eléctricas Activa (P), Reactiva (Q) y Aparente (S).

Los diferentes dispositivos eléctricos existentes convierten la energía eléctrica distintas formas de energía, así tenemos: mecánica, lumínica, térmica, química, etc. Esta potencia se denomina Activa porque produce trabajo.

potencia activa

Aquí Z es la impedancia medidaenOhmiosmedidaenOhmios y «P» es la potencia activa. Cuando existen campos magnéticos LL y campos eléctricos CC, ocurre un desplazamiento de fase entre la corriente senoidal y la tensión senoidal. Una bobina, necesita de Tensión en bornes para magnetizarse y esta energía se denomina Reactiva Inductiva (QL), aquí  la tensión eléctrica VoltiosVoltios adelanta a la corriente eléctrica AmperiosAmperios en 90º.

 

Si se aplica a un condensador CC, la figura se invierte, aquí la corriente eléctrica se adelanta en 90º  a la tensión eléctrica.  Ver el gráfico arriba.

 

Ambas componentes Potencia Activa y Potencia Reactiva, forman la Potencia Aparente, veamos el triángulo de potencias abajo:

 

compensacion 3

 

Del triángulo de potencias obtenemos:   S2=P2+Q2S2=P2+Q2y el Factor de Potencia PFPF es:  CosϕCosϕ  es igual a la división entre la potencia activa (P) y la potencia aparente(S), P/S.

Compensando la potencia reactiva.

 

Como el Ing. Jorge Pareja explicó en el artículo (la energia reactiva) el consumo de energía reactiva, genera la necesidad de contar con cables conductores de mayor calibre y que puedan conducir mayor intensidad de corriente, esto por el exceso de consumo que generan las cargas reactivas de un tipo, por ejemplo el inductivo, pero si nos fijamos en el gráfico del triángulo de potencias, la potencia reactiva (QL) tiene un ángulo de fase positivo +θ, mientras que la potencia reactiva capacitiva (QC) tiene un ángulo de fase  negativo θ−θ , entonces podemos tener  +QL-QC. dependiendo finalmente del arreglo en serie o en paralelo o en ambos combinados.

 

Métodos de Compensación Reactiva.

 

Existen varios métodos como son:
a.- Compensación Sincrónica, que se realiza utilizando máquinas sincrónicas en vacío, como generador de potencia reactiva capacitoressincrónicoscapacitoressincrónicos, estos pueden funcionar entregando potencia reactiva capacitiva enestadodesobreexitaciónenestadodesobre−exitación y potencia reactiva inductiva enestadodesubexitaciónenestadodesub−exitación, siendo los mayores problemas la temperatura de operación y la estabilidad de operación.
b.- Compensación estática Fija,  que es la utilización de un conjunto bancobanco de capacitores CondensadoresdepotenciaCondensadoresdepotencia para compensar la carga reactiva inductiva de una red eléctrica, esta puede ser: Centralizada como vemos en la figura inferior:

 

compensacion reactiva central

 

o también puede ser una Compensación reactiva Parcial, que es la ubicación circuital del banco de condensadores en una o más cargas reactivas, como en el gráfico inferior:

 

compensacion reactiva parcial

 

c.- Compensación reactiva estática con control conmutado.  es la adición al banco de capacitores de un sistema de control Contactores+AnalizadorcontroladorContactores+Analizadorcontrolador, también se le denomina Banco de Capacitores a pasos, ver abajo una gráfica:

 

compensacion conmutada

 

Cálculo de la compensación reactiva.Veamos que ocurre cuando juntamos en el mismo cuadrante los valores de potencia reactivos Qc y QL.
En el gráfico subsiguiente tenemos: (tomado de Legrand: Optimizar la Calidad de Energia -2013)

 

calculo de compensacion reactiva

 

QC=P(tgθ1tgθ2)QC=P(tgθ1−tgθ2)  es la manera de calcular la compensanción que necesitamos y ya existen tablas para realizar este cálculo, como vemos a continuación:

 

factor k
El factor «K» es la diferencia de las tangentes de los ángulos.

 

Por ejemplo, tenemos una instalación industrial que tiene un factor de potencia de 0,6 y con una potencia instalada transformadortransformador en baja tensión de 630 KVA. Calculemos cuanto de potencia reactiva de un banco de capacitores necesitamos para alcanzar un factor de potencia de 0,95, para una carga activa de 500kW instalados.

 

Si vemos el cuadro, para un copsϕcopsϕ inicial de 0,6 y buscamos el valor deseado final de 0,95 lo que nos da en la intersección el valor :  1,005 entonces multiplicamos:  500kW x 1,005 = 502,5kVAR, un valor tan alto como la potencia activa consumida.

 

Un diseño de un sistemas de banco de condensadores en una instalación eléctrica analiza muchos otros factores, como los efectos de los armónicos sobre el banco de condensadores, las sobrecorrientes y sobretensiones cuando ingresa el banco a operar, efectos capacitivos en los conductores; etc. que corresponden a un análisis de potencia y de calidad de energía, previos a la selección y posterior instalación del banco de capacitores para compensar la energía reactiva de la instalación eléctrica.

 

Artículo escrito por el Ing. Jorge Pareja, para «ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA – TÉCNICA Y CIENCIA»

 

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Un comentario

  1. mi sugerencia es que publique soluciones concretas teóricas y prácticas basadas en los conceptos fundamentales asi como tambien avalados por los últimos avances : escribo esto porque tambien soy seguidor de esta página y he visto publicaciones distorcionadas y como a la pagina accedemos muchos aprendices
    alguien puede tomar un esquema de estos y provocar un accidente o realizar un trabajo antitecnico

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