Descripción general
Para el consumidor de energía de la industria, la potencia reactiva retrasada generada a partir de cargas inductivas es una de las principales causas de pérdidas financieras y de energía, es decir, un factor de potencia deficiente. La incorporación de dispositivos de corrección del factor de potencia en la red eléctrica ayuda a generar potencia reactiva líder para compensar la potencia reactiva retrasada. Esta técnica ayuda al consumidor a mejorar el factor de potencia (cos phi) cerca de la unidad.
La potencia principal necesaria se puede producir mediante un condensador de baja tensión conectado en paralelo a la red de suministro cerca de la fuente de alimentación retrasada (como motores de inducción, paneles MCC, etc.)
Los condensadores conectados pueden ser de tipo fijo para un pf de retraso fijo determinado del sistema en un punto del sistema de energía o de tipo variable en pasos para una carga conectada cambiante.
¿Qué es el factor armónico y de potencia?
En las últimas décadas, el uso de cargas eléctricas no lineales como VFD, SMPS, UPS, etc. ha aumentado enormemente. Estos dispositivos distorsionan la forma de onda sinusoidal pura de la fuente de alimentación. Estas distorsiones pueden denominarse armónicos. Cuando se utiliza un condensador para la corrección del factor de potencia, puede crear un circuito resonante con el transformador de alimentación. La frecuencia de resonancia generalmente es de 250 Hz a 350 Hz, es decir, del 5.º al 7.º armónico.
Esta resonancia es una condición no deseada y podría provocar una sobrecarga de los condensadores (reduce la vida útil del condensador). Sobrecarga del transformador, cables y otros elementos del interruptor en el circuito: reduce la vida útil de todos los componentes. Distorsión de voltaje, aumento de las pérdidas de energía y disparos molestos del equipo de protección.
Esta resonancia se puede evitar poniendo un reactor desafinado en serie con el condensador. El reactor será tal que la frecuencia de sintonización con condensador sea menor que los armónicos dominantes. Esta combinación de condensador de corrección del factor de potencia y reactores desafinados se comporta de forma inductiva en frecuencias superiores a la frecuencia de sintonización. De este modo, se proporciona un camino de alta impedancia para los armónicos presentes en el sistema.
El factor de desafinación se puede definir mediante la siguiente fórmula:
donde
XL= Reactancia inductiva
XC=Reactancia capacitivap= factor de desafinación en porcentaje
La frecuencia de sintonización del filtro LC se puede calcular mediante la siguiente fórmula:
donde
pies = frecuencia de sintonización
fs = frecuencia de suministro
p= factor de desafinación en porcentaje
Esta combinación de filtro LC desafinado actuará de manera capacitiva para frecuencias por debajo de pies e inductivo para frecuencias por encima de pies. Por lo tanto, para una frecuencia base de 50 o 60 Hz, este filtro de desafinación actuará como capacitivo y mejora el factor de potencia. Este filtro LC desafinado se selecciona de manera que la frecuencia de sintonización sea mucho menor que la frecuencia armónica dominante. Por lo tanto, los armónicos siempre tienen una impedancia más alta y se evita la condición de resonancia con el transformador de alimentación. Por ejemplo, si el armónico dominante es el quinto armónico y la frecuencia base es 50 Hz, se seleccionará un reactor desafinado al 7%. La frecuencia de sintonía de este filtro será de 189Hz, la frecuencia de sintonía en este caso es menor que 250Hz, la frecuencia armónica.
Por tanto, no habrá una situación de resonancia entre el transformador de alimentación y el condensador.
¿Por qué es importante la corrección del factor de potencia y el filtrado de armónicos?
Se deben adoptar diferentes tipos de corrección de PF dependiendo de los requisitos de rendimiento y la complejidad del control: Fija, mediante la conexión de una batería de condensadores de valor fijo. Automática, mediante la conexión de un número diferente de pasos, que permite ajustar la energía reactiva al valor requerido. Híbrida, para la corrección de PF de cargas altamente fluctuantes.
1-Compensación fija
Esta disposición utiliza uno o más condensadores para proporcionar un nivel constante de compensación. El control puede ser:
Manual: mediante disyuntor o interruptor-seccionador
Semiautomático: mediante controlador de interruptor de tiristor
Conexión directa a un electrodoméstico y conmutado con él.
Estos condensadores están instalados:
Para compensación sin carga de transformadores de distribución. En los terminales de cargas inductivas (principalmente motores). En barras colectoras que alimentan numerosos motores pequeños y aparatos inductivos para los cuales la compensación individual sería demasiado costosa. En los casos en que el factor de carga sea razonablemente constante.
2-Compensación automática
Este tipo de corrección de PF proporciona un control automático y adapta la cantidad de potencia reactiva a las variaciones de la instalación para mantener el cos p objetivo.
El control generalmente lo proporciona un dispositivo electrónico (Controlador del factor de potencia) que monitorea el factor de potencia real y ordena la conexión o desconexión de los condensadores para obtener el factor de potencia objetivo. La energía reactiva se controla así por pasos. Además, el Controlador del Factor de Potencia proporciona información sobre las características de la red eléctrica (amplitud y distorsión de la tensión, factor de potencia, potencia activa y reactiva real...) y el estado del equipo. Las señales de alarma se transmiten en caso de mal funcionamiento.
La conexión suele realizarse mediante contactores. Para la compensación de cargas altamente fluctuantes, se recomienda el uso de filtros activos o generadores de var estáticos (SVG). Comuníquese con Sinavar Power para obtener soluciones de compensación electrónica SVG.
3-Compensación híbrida
Este tipo de compensación es necesario cuando hay cargas fluctuantes y se deben evitar las fluctuaciones de voltaje. El principio de la compensación dinámica es asociar un banco de condensadores fijo y un generador estático Var (SVG), que proporciona corrientes reactivas en adelanto o en retraso. El resultado es una compensación rápida que varía continuamente, perfectamente adecuada para cargas como elevadores, trituradoras, soldadura por puntos, etc.
El equipo se instala en puntos de una instalación donde las variaciones de potencia activa y/o reactiva son relativamente grandes, por ejemplo: en las barras colectoras de un cuadro de distribución principal en los terminales de un cable de alimentación muy cargado.
Cuando la capacidad kvar de los condensadores es menor o igual al 15% de la capacidad del transformador de alimentación, es apropiado un valor fijo de compensación. Por encima del nivel del 15%, es aconsejable instalar una batería de condensadores controlada automáticamente para evitar sobretensiones.
