La energía reactiva es necesaria para la creación de los campos magnéticos en el funcionamiento de ciertos receptores como motores, reactancias del alumbrado de descarga, etc., pero no se transforma directamente en trabajo, como lo hace la energía activa. Las compañías distribuidoras penalizan el consumo de energía reactiva, ya que las líneas de distribución tienen que transportarla. Se ha de compensar para evitar que el cliente pague una energía que no le aporta ningún trabajo útil. Para compensarla se instalan baterías de condensadores entre la fuente y los receptores, las cuales reducen la energía reactiva de carácter inductivo mediante energía reactiva de carácter capacitivo.
Los aparatos y máquinas utilizados, además de un consumo de energía activa, tienen un consumo de energía reactiva inductiva, representada por el Cos φ o factor de potencia.
El factor de potencia depende únicamente de las características de los receptores y de su régimen de funcionamiento (tipo de motor, velocidad, carga,..) y es independiente del rendimiento propio de estos receptores.
- Secciones de los conductores de fase - (mm2
)
Secciones mínimas de los
conductores de protección (mm2) S 16 16 < S 35 S > 35 S 16 S / 2
- Con un mínimo de 2.5 mm2 si los conductores de protección no forman parte de la canalización de alimentación y tienen una protección mecánica.
- Con un mínimo de 4 mm2 si los conductores de protección no forman parte de la canalización de alimentación y no tienen una protección mecánica.
32 4.3.2. Ventajas de tener un buen factor de potencia
Las ventajas de tener un buen factor de potencia, se pueden resumir en las siguientes: - Ahorro importante en las facturas de electricidad.
- Optimización de las instalaciones eléctricas. Dentro de estas podemos desglosar: - Disminución de la caída de tensión en las líneas; esto es debido a que en
las líneas de distribución de baja tensión que se encuentran sobrecargadas y tienen un bajo factor de potencia, se producen muy a menudo caídas de tensión que resultan perjudiciales para el buen funcionamiento de la instalación.
- Reducción del dimensionado de las líneas.
- Disminución de las pérdidas por el calentamiento de la línea; esto es debido a que la resistencia de los conductores siempre provoca pérdidas de potencia. Estas son proporcionales al cuadrado de la corriente transportada, la cual, para una misma potencia activa, disminuye a medida que el factor de potencia aumenta.
- Aumento de la potencia disponible en el transformador de alimentación. Mientras el factor de potencia crece, la potencia aparente (S) para una misma potencia activa (P) disminuye; es decir, se utilizará tanto mejor un transformador conforme el factor de potencia de la carga más se aproxime a la unidad.
- Facilita el suministro de la tensión nominal a los receptores.
- Reporta una disminución de costes de la factura de energía eléctrica ya que la compañía suministradora realiza una bonificación a los usuarios que mantengan su valor de Cos φ entre 0.9 y 1.
4.3.3. Formas de compensación del factor de potencia
Hay varios tipos de compensación de la energía reactiva: La compensación individual, la compensación parcial y la compensación global.
Compensación individual:
Este tipo de compensación consiste en instalar una batería de condensadores directamente a los bornes del receptor.
33 Ventajas:
- Elimina el consumo de energía reactiva, eliminando el recargo de la suministradora. - La corriente reactiva no circula por las líneas del cliente ni de la suministradora. - Alivia el centro de transformador.
- Las pérdidas de tensión en las líneas disminuyen. Inconvenientes:
- Es necesario un condensador o una batería de condensadores por cada receptor, aumentando esto el coste.
Compensación parcial:
Este tipo de compensación consiste en instalar una batería de condensadores en una línea que alimente a varios receptores, haciendo que la compensación se haga por zonas.
Ventajas:
- Elimina el consumo de energía reactiva, eliminando el recargo de la suministradora. - La corriente reactiva no circula por parte de las líneas del cliente ni de la suministradora.
- Alivia el centro de transformación.
- Las pérdidas de tensión en las líneas disminuyen en la parte de las líneas compensadas, es decir, desde donde están las baterías de condensadores hasta el CT. Inconvenientes:
34 - La corriente reactiva estará presente en las líneas, desde los receptores hasta las baterías.
- Es necesario un condensador o una batería de condensadores por cada zona, aumentando esto el coste de una manera intermedia.
Compensación global:
Este tipo de compensación consiste en instalar una batería de condensadores en el principio de la línea, haciendo que la compensación se haga para todos los receptores.
Ventajas:
- Elimina el consumo de energía reactiva, eliminando el recargo de la suministradora. - Alivia el centro de transformador.
- Coste reducido. - Fácil control. - Fácil instalación. Inconvenientes:
- La corriente reactiva estará presente en las líneas del cliente, hasta donde está conectada la batería de condensadores.
- Las caídas de tensión producidas por la energía reactiva no quedan compensadas en las líneas del cliente.
4.3.4. Tipos de compensación del factor de potencia
Hay dos tipos de compensaciones utilizando la forma de compensación global, la compensación fija y la compensación automática. Dependiendo de los receptores instalados y del tiempo que éstos estén funcionando, es conveniente elegir uno de los dos tipos.
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Compensación fija:
Es aquella compensación en la que suministramos a la instalación, de manera constante, la misma potencia reactiva de carácter capacitivo. Este tipo de compensación se ha de utilizar cuando se necesite compensar una instalación dónde la demanda reactiva sea constante.
Compensación automática:
Es aquella compensación en la que suministramos a la instalación una potencia reactiva de carácter capacitivo dependiendo de la energía reactiva que se consuma en ese momento. En ningún caso se podrá ceder a la red energía reactiva de carácter capacitiva.
Por este motivo la batería de condensadores va cambiando su capacidad a medida que la energía reactiva de carácter capacitivo vaya cambiando, intentando que el factor de potencia sea 1.
4.3.5. Solución adoptada
Utilizaremos la compensación automática, ya que es la que más garantías nos ofrece respecto a la cantidad adecuada de energía reactiva compensada, garantizando que no se cederá en ningún caso energía reactiva de carácter capacitivo a la red.
Según los datos calculados en el apartado cálculos y expuestos en las tablas, determinaremos el Cos φ medio:
Cos φ medio = ∑ P / ∑ S = 608111,7 / 623522,42= 0,97528
Este es el valor del cosφ de nuestra instalación, es cercano a 1, pero es posible mejorarlo por lo menos hasta cosφ = 0,99 con una batería de condensadores que se instalará para compensar la potencia reactiva de nuestra instalación.
φ = 12,766⁰
Por lo tanto, la potencia reactiva consumida será: Q = P · tg φ = 137,78 KVAr
La idea es colocar un condensador en la acometida para corregir el factor de potencia, puesto que la compañía suministradora de energía eléctrica (en este caso Iberdrola) dependiendo de dicho factor, en la factura eléctrica aplica un recargo o una bonificación. La expresión mediante la cual se obtiene el recargo o la bonificación, dependiendo del factor de potencia, es la siguiente:
36 Por tanto, con el factor de potencia que presenta la instalación antes de compensar la energía reactiva consumida, la compañía eléctrica, nos aplicaría un recargo del 0,99 % sobre el término de potencia.
Para el factor de potencia que presentara la instalación después de compensar la energía reactiva, la compañía eléctrica nos aplicara una bonificación del 2,16%, sobre el término de potencia.
Cosφ = 0,975 Kr = -3,12 Cosφ = 0,99 Kr = -3,654
Aparte del ahorro económico que supone en la factura eléctrica, la compensación de la energía reactiva reporta mejoras en las prestaciones y funcionamiento de la instalación, disminuyendo las caídas de tensión y las perdidas por efecto Joule.
Para ellocolocaremos una batería de condensadores conectada al Cuadro General de Distribución mediante tres cables de cobre se sección 95mm2 para las fases y un cable de 50mm2 para el conductor de protección.
El equipo seleccionado para la corrección automática del factor de potencia será:
Marca: MERLIN GERIN
Tipo: Batería automática Rectimat 2 Tensión Asignada 400 V trifásico Frecuencia: 50 Herzios
Instalación: Cofret, sobre zócalo en el suelo Grado de Protección: IP31
Potencia Reactiva: Q = 60 kVAr Composición: 2 x 15 kVAr + 30 kVAr Referencia: 52611
Componentes del conjunto:
Condensadores Varplus M1
Contactores específicos para el mando de condensadores Regulador de reactiva Varlogic R6
Fusibles de protección
4.4. SUMINISTRO DE ENERGÍA