Desde el 1 de enero de 2010 se aumentaron los recargos por exceso de energía reactiva según la orden ITC/3519 2009 de 28 de diciembre, publicada en el BOE del 31-12-2009. Ahora se penaliza mucho más el consumo de reactiva, y es la oportunidad

para los instaladores de ofrecer a los clientes finales soluciones como las baterías de condensadores.

Corrección del factor potencia,

soluciones eficaces al mejor coste

104 - Electroeficiencia Abril 2012

TECNOLOGÍAp r o p u e s t a s

C omencemos por definir algunos concep-tos básicos, especialmente, la energía reac-tiva. La reactiva es la energía necesaria para poner en funcionamiento equipos como motores eléctricos, transformadores, reac-

tancias, equipos de refrigeración y similares. Las cargas puramente resistivas como las del alumbrado incandes-cente, las resistencias de calentamiento no causan pro-blemas ya que no necesitan de corriente reactiva.

Es decir, cuando los equipos capacitivos consumen una cantidad importante de esa energía reactiva se hace igual de importante la necesidad de aprovechar la energía consu-mida no útil. Y es aquí donde entran en escena los equipos de condensadores para compensar el factor de potencia.

Factor de potencia es el cociente entre la potencia activa “P” (energía útil aprovechable, medida en kW), y la potencia aparente “S” (energía total consumida, medida en kVar), que coincide con el coseno del ángulo que forman ambas (co-seno de phi). Es evidente que cuanto menor sea el ángulo del coseno de phi, es decir, cuanto más se acerque éste a la unidad, mayor será el aprovechamiento de la potencia apa-rente originalmente no utilizable por parte del usuario.

Un mayor aprovechamiento de esta energía redunda en un incremento en la capacidad de servicio de las redes de las compañías de suministro eléctrico, motivo por el cual éstas son las principales interesadas, junto con el usuario final, en el máximo aprovechamiento de la energía eléctri-ca mediante la corrección del factor de potencia.

El hecho de que exista un bajo factor de potencia (án-gulo de coseno de phi menor de 1) en una industria pro-duce los siguientes efectos:

Aumento de la intensidad de corriente (A). En los conductores. Pérdidas y caídas de tensión. Reducción de la capacidad de conducción. Incremento de la temperatura. Disminución de la vida del aislamiento. Incremento de las facturas de consumo eléctrico. Necesidad de una inversión mayor en los equipos de generación, ya que su capacidad debe ser mayor para poder entregar la energía reactiva adicional. Necesidad de incrementar la capacidad de las líneas de distribución.

Departamento Técnico de Chint Electrics

Mejorar el factor de potenciaEl sistema más práctico, económico y eficaz para elevar el factor de potencia de una instalación es la utilización de condensadores eléctricos. A continuación, tratare-mos de explicar de forma sencilla el principio de funcio-namiento de los sistemas de baterías de condensadores para la mejora del factor de potencia.

El consumo de kW y kVAR en una industria se man-tienen inalterables antes y después de la compensación reactiva (instalación de los condensadores). La diferencia estriba en que la potencia reactiva (kVAR) consumida

Abril - 2012 Electroeficiencia - 105

PANORAMA

PROPUESTA

S

Constan de condensadores, modelo BZMJ,

paralelos autorregenerados.

Contactores, modelo CJ19, adaptados al corte de

corrientes capacitivas.

Protección magnetotérmica general mediante

interruptor automático modular o en caja moldeada,

según calibres, en todas las baterías.

Resistencia de Alta Descarga.

Armario de chapa de acero de 1,5mm, color RAL

9018.

Regulador electrónico con microprocesador,

modelo JKF8, con indicación de saltos, para 6 o 12

etapas.

Avisador óptico-acústico de disparo térmico.

Termostato para ventilación forzada.

Rejillas con filtro antipolvo.

Embarrado de conexión con pantalla de

protección contra contactos directos (en modelos

superiores a 100kVar.

Características

opcionales

Bajo demanda

pueden

suministrarse

equipos de

baterias de

potencias

distintas o

superiores a las

indicadas, así

como diferentes

escalonamientos.

Interruptor de corte en carga con eje prolongado y

protección individual por salto.

Filtro anti-rechazo mediante inductancias para

compensación de armónicos.

Ventilación forzada para modelos inferiores a

100kVar.

Transformador de intensidad de núcleo partido

*/5ª.

Gama BCC-AUTO STD Plus.

Baterías de Condensadores de Chint Electrics

En la siguiente tabla se reflejan los valores de cos.phi de los receptores más habituales:

por la planta, antes de la instalación de ba-terías de condensadores, debía ser produci-da transportada y entregada por la empresa suministradora de energía eléctrica. A partir de la instalación de baterías de condensado-res de compensación automática, son éstas quienes suministran esa energía reactiva, con el consiguiente ahorro económico por parte de la propiedad de la industria en cuestión.

Si el aporte de energía reactiva se produce mediante una batería automática conectada al embarrado del cuadro de distribución, el equipo de control de cargas realiza la función de insertar de forma automática (por escalones) los conden-sadores necesarios según las exigencias de carga reactiva en cada momento de la demanda.

Condensadores necesariosMidiendo la energía activa y reactiva que consumen las instalaciones existentes es posible calcular la potencia to-tal necesaria, en kVAR, que deben tener los condensado-res para lograr la compensación deseada. Sin embargo, es recomendable la instalación de registradores de potencia durante el tiempo necesario para controlar, por lo menos, un ciclo completo de trabajo de la industria, oficina, tien-

da, etc., incluyendo sus períodos de descanso.

Por lo general, se recomienda realizar registros trifásicos donde se monitoree cada fase y el total de la instalación: potencia activa (kW), reactiva (kVAR), tensión y energía (kWH). Los valores de co-rriente, potencia aparente (kVA) y factor de potencia (FP) se calculan a partir de las lecturas anteriores. Los intervalos de medición recomen-dados oscilan entre 5 y 15 minutos como máximo. A menores intervalos del tiempo de medición, se obtendrá una mayor exac-titud en cuanto a la curva real de consumos de la industria.

La medición y registro de parámetros requiere un equipo determinado, equipo del que no siempre dispo-ne la industria en cuestión, es posible calcular la capa-cidad de la batería necesaria en una instalación a partir de las facturas de consumo facilitadas por las compañías eléctricas, de la siguiente forma:

Cálculo del coseno de phiEl cálculo del valor del coseno de phi a corregir puede realizarse de dos modos distintos, en los cuales no en-traremos en el presente documento: Mediante un registrador de consumos. Mediante el análisis de las lecturas reflejadas en las facturas expedidas por las compañías eléctricas.

Por regla general, el cliente suministra éstas al fabri-cante de baterías de condensadores para que éste pue-da analizar y calcular el coseno de phi y el valor de la potencia reactiva a corregir. Con el actual mercado eléc-trico liberalizado no se obtiene bonificación en las fac-turas de energía por un cosφ superior a 0,95 (sólo se pe-nalizan valores inferiores), es normal optar por un cosφ final de 0,98. De esta manera, se asegura al usuario un cosφ superior al 0,95 frente a las variaciones puntuales

de la carga, no incrementándose, además, en exceso la potencia, volumen y coste de la batería. Evidentemente, para obtener el máximo rendimiento a la instalación sería aconsejable compensar a 1.

La fórmula para el cálculo de la poten-cia reactiva a corregir con condensadores, basada en el triángulo de potencias es:Q (KVar) = P (Potencia activa absorbida) x (tag.phi 1 - tag.phi 2)

Compensación centralizadaAunque puede realizarse una compensación del factor de potencia individual, el tipo más

usado es el de la compensación centralizada en la acometida de la instalación, de modo que la

compensación se realice antes del contador de energía.La compensación automática se obtiene a través de

un regulador que lee el coseno de phi, a partir de los pará-metros de tensión e intensidad, presente en la instalación en cada momento y conecta o desconecta condensado-res en función de las necesidades de corrección puntuales para obtener el coseno de phi programado previamente.

Armónicos en la redEn sistemas eléctricos de corriente alterna los armóni-cos son, igual que en acústica, frecuencias múltiplos de la frecuencia fundamental de trabajo del sistema y cuya amplitud va decreciendo conforme aumenta el múltiplo. En el caso de sistemas alimentados por la red de 50 Hz, pueden aparecer armónicos, por ejemplo, de 150Hz (3er armónico), 250Hz (5º armónico), etc.

Cuando se habla de los armónicos en las instalacio-nes de energía, son los armónicos de corriente los más preocupantes, puesto que son corrientes que generan efectos negativos. Es corriente trabajar únicamente con valores correspondientes a la distorsión armónica total.

Tipos de equipos que generan armónicos: Fuentes de alimentación de funcionamiento con-mutado. Estabilizadores electrónicos de dispositivos de ilu-minación fluorescente. Sistemas de Alimentación Ininterrumpida (SAI o UPS). Motores eléctricos.

Problemas producidos por los armónicos: Sobrecarga de los conductores neutros. Sobrecalentamiento de los transformadores. Disparos intempestivos de los interruptores dife-renciales. Sobrecarga de los condensadores de corrección del factor de potencia. Distorsiones en sistemas de comunicaciones. Ruido y posibles daños en circuitos electrónicos Alteraciones en la forma de onda.

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106 - Electroeficiencia Abril 2012

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Métodos para reducir los armónicos: Filtros pasivos. Transformadores de aislamiento. Soluciones activas.

Compensación y distorsión armónicaCada aparato posee un índice de distorsión armónica distinto.

Espectro armónico de un PC estandarUna batería de condensadores en sí misma no genera armónicos, pero puede ampliar los ya existentes. Los condensadores, además, presentan una baja impe-dancia a frecuencias elevadas reduciéndose conside-rablemente la vida de los mismos.

Por todo lo dicho, es muy importante tener en cuen-ta la distorsión armónica de la instalación al diseñar la batería para la C.F.P.

Medidas a tomar para la reducción de armónicos en una red

Los métodos a adoptar pueden resumirse en tres:

Filtros pasivosLos filtros pasivos se usan para establecer un camino de baja impedancia para las corrientes armónicas de modo que circulen por el filtro y no por el sistema. Pueden diseñarse para un armónico en concreto o para un amplio espectro de armónicos.

Transformadores separadoresLos transformadores separadores separan los armóni-cos de la fuente de alimentación, aunque ello genera un problema adicional para los propios transformado-res, los diseños de los cuales deben tener en cuenta la carga adicional.

Filtros activosEn algunas instalaciones el rango de los armónicos no puede ser predicho con antelación, ya que existen casos, como donde las instalaciones infor-máticas, el rango de armónicos puede ser variable en cada momento del dia.

En este caso, debe usarse un filtro activo, denominado también com-pensador activo de armónicos. La em-presa suministradora del equipo para la corrección del factor de potencia deberá analizar la posible distorsión armónica e informar al propietario del sistema de las alternativas para evitar los problemas que se derivarán de ella y proponer soluciones para el mismo.

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