Curso Corrección - Clase III

Corrección del Factor de Potencia en Instalaciones Eléctricas

Cálculo de las protecciones contra corto circuito para banco de condensadores trifásicos

Compensación individual de motores con circuito independiente (maniobra por contactor) Fusibles o TM: INominal del condensador x 2 veces.

Compensación para grupo de motores, fusibles o TM INominal del banco de condensadores x 2 veces.

Compensación centralizada mediante regulador de energía reactiva Corte total del tablero del banco INominal del banco x 1,3 veces.

Protección del circuito del banco fijo INominal del banco fijo x 1,5 veces (Norma IEC) Protección de cada circuito maniobrando contactor mediante y administrado por el regulador INominal condensador x 2 veces.

Dirección Adela Speratti 1673 c/ Rca. Francesa.

Observación:Teléfonos: Se recomienda utilizar y T.M. de capacidad de ruptura 201-249, (0971) 213 fusibles 424 – E-mail: secretaria@itc.edu.pyAsunción.Paraguayigual o su--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------perior a 10 kA. Se le solicita, el precio de mercado del condensador comercial Para continuar adoptado. con el estudio de los bancos de condensadores, es importante conocer las condiciones generales.

Condiciones generales para el empleo de condensadores

1) Vigilancia de la tensión de alimentación a) Qc= ( x C x V²)1000000. Como la producción de potencia reactiva es directamente proporcional al cuadrado de la tensión, con una caída de tensión del 10%, la pérdida de producción de potencia reactiva por parte del condensador será del 20%; b) El aumento de la tensión trae como consecuencia la perforación del dieléctrico.

2) Transitorios Los transitorios son sobre-intensidades producidas durante la conexión de los condensadores sobre las cargas energizadas, pues se suman, la intensidad oscilante de los condensadores (circuito RLC) más la intensidad de la línea, provocando momentos de grandes intensidades que pueden alcanzar hasta valores superiores a 100 veces la intensidad nominal del circuito de los condensadores. Se recomienda la utilización de reactancias o resistencias de choque, éstas se conectan en serie a los condensadores con el fin de reducir los choques eléctricos en el momento de la conexión.

En y los de otras marcas yael vienen En la la actualidad actualidadlos loscontactores contactoresAC6b ya vienen preparados para efectopreparados con para el efecto. módulos de 3 pares de bobinas supresores de pico de corriente.

3) Sobre-temperatura Al superar la temperatura soportada por el condensador, en este aumenta el campo eléctrico llegando a provocar internamente una avalancha de electrones y por supuesto la perforación del dieléctrico.

4) Armónicos

24

conexión.

3) Sobre-temperatura En la actualidad los contactores AC6b y los de otras marcas ya vienen preparados AlCorrección superar la temperatura soportada por el condensador, en este aumenta el campo para el efecto. del Factor de Potencia en Instalaciones Eléctricas eléctrico llegando a provocar internamente una avalancha de electrones y por supuesto la perforación del dieléctrico.

3) Sobre-temperatura Al la temperatura soportada por el condensador, en este aumenta el campo 4) superar Armónicos eléctrico llegando a provocar internamente una avalancha de electrones y por La presencia de armónicos en los bancos de condensadores puede ser devastadora supuesto la perforación del dieléctrico. para estos últimos. En estos casos se utilizan los llamados filtros de armónicos que se intercalan en el circuito del banco (serie). Se detectan por medio de pinza 4) Armónicos multifunción TRUE RMS o por analizador de red.

La presencia de armónicos en los bancos de condensadores puede ser devastadora Producen aumento en lacasos corriente del capacitor, XC = filtros 1/ 2πfC, si aumenta para estos un últimos.

Encondensadores estos se utilizan los llamados de armónicos que se 5) Descarga de los la frecuencia la X disminuye, por lo tanto la corriente aumenta. intercalan en el circuito del banco (serie). Se detectan por medio de pinza C Como se trata de almacenadores de energía, una vez desconectados del sistema, los multifunción TRUE RMS o por analizador de red.

Icondensadores = V / XC quedan con tensión en sus bornes, lo que representa un verdadero peligro para el personal de mantenimiento. En estos casos deben ser utilizados 5) Descarga de los condensadores elementos de descargas llamados “resistencia de descarga”, con el fin de reducir la Como de almacenadores de energía,en una desconectados del(60 sistema, tensiónseentrata los bornes de los condensadores el vez menor tiempo posible Volt). los condensadores quedan con tensión en sus bornes, lo que representa un verdadero peligro paraaeltierra personal de mantenimiento. En estos casos deben ser utilizados 6) Puesta elementos de descargas llamados “resistencia de descarga”, con el fin de reducir la Todas las metálicas ser conectadas a tierra, tanto posible los vasos los tensión en masas los bornes de losdeben condensadores en el menor tiempo (60deVolt). condensadores como así también el gabinete o armario donde se los alojan.

6) Puesta a tierra Todas las masas masasmetálicas metálicasdeben debenser serconectadas conectadas a tierra, tanto envolturas Todas las a tierra, tanto los las vasos de los de los condensadores así también el gabinete o armario se los alojan. condensadores comocomo así también el gabinete o armario donde donde se los alojan.

Compensación general de una instalación eléctrica trifásica en baja tensión

En una instalación o red eléctrica, la demanda de potencia reactiva no es constante y varia con el tipo y magnitud de la carga, a lo largo del día.

En el caso de una instalación industrial, el consumo de energía reactiva dependerá de la actividad de la planta, cuyo ritmo varía por razones de producción o paros parciales.

También puede influir que la carga llegue al limite de las instalaciones. Sin embargo se puede decir, generalizando que la potencia reactiva es función aproximada de la activa, en cada instante.

No ocurre lo mismo en una red de distribución donde las características particulares de las cargas en cada momento del día hace que la potencia reactiva no sea función de la potencia activa, dicho de otra manera, el factor de potencia no es constante a lo largo del día, ni aún para estados de cargas similares.

En ambos ejemplos, puede ser necesario disponer de una fuente de potencia reactiva variable que se ajuste en todo momento a las necesidades de la carga, muy especialmente cuando ésta última ésta constituida por un gran número de receptores de potencia diferente, difíciles de compensar individualmente y con periodos cíclicos o indefinidos de trabajo.

En estos casos resulta sumamente conveniente la compensación central con regulación automática, que usualmente se reconoce como batería automática.

De fácil mantenimiento y control, estos equipos, se fabrican en unidades compactas con todos sus elementos de accionamiento, regulación y compensación.

Componentes de una batería automática

a) Un regulador de potencia reactiva (relé varimétrico): Cuya función es medir la corriente reactiva mediante el transformador de intensidad instalado junto a las barras

25

Corrección del Factor de Potencia en Instalaciones Eléctricas generales de la instalación que demanda la carga, y decidir o no la orden de entrada ó salida de los bancos de condensadores através de los contactores de maniobra. La función de control está realizada por un microprocesador encargado de calcular la energía reactiva y decidir la cantidad de pasos o escalones de condesadores a conectar para lograr el cos ϕ deseado. Además, los reguladores incorporan una memoria encargada de recordar los tiempos de desconexión de los condensadores, de manera de conectar siempre el que estuvo más tiempo desconectado, logrando un tiempo de trabajo promedio (y envejecimiento) parejo para todos los contactores. normalmente estos equipos están para una tensión de trabajo de 230/400 V y 50/60Hz, y la cantidad de pasos pueden ser según modelos de 4 a 12 escalones. b) Condensadores ó bancos de condensadores: Tanto como escalones tenga el equipo, constituidos por los condensadores, con resistores de descarga interiores. c) Contactores de potencia: Encargados de operar los bancos, con características apropiadas para maniobrar cargas capacitivas, de acuerdo a lo que determine el varimétrico de control. Si los contactores a ser usados para los bancos son del tipo standard, puede requerir la inserción de inductancias de choque en cada una de las fases. Si la batería es de un solo paso, la inductancia del conductor de conexión entre el contactor y la red es suficiente, no ocurre así si la batería es de varios escalones donde es necesario la inserción de aquellas. d) Elementos de interconexión y conductores: Compuestos por fusibles y/o llaver térmico-magnéticas para la protección de los distintos circuitos con condensadores; así como de los conductores de alimentadores adecuadamente calculados.

Contactores para maniobra de capacitores

En el instante en que se conecta un capacitor esto aparenta ser un corto circuito. La gran cantidad de corriente en la conexión del capacitor dependerá del valor de la tensión alterna en el momento de conexión y de la impedancia de los cables de conexión , así como de la impedancia del transformador de alimentación.

En algunas cargas sobre el condensador pueden suceder picos de corriente que llegan hasta valores 30 veces más altos que la corriente nominal del capacitor. Esto significa que en un capacitor trifásico, el golpe de corriente puede llegar a ser 180 veces más grande que el valor nominal de la corriente del capacitor.

Una corriente tan elevada puede fluir a través del capacitor desde el inicio, cuando el golpe de corriente llega de la red de alimentación y el capacitor ya se encuentra activado. Un golpe de corriente tan elevado no es deseado ya que puede fundir los terminales de los contactos de fuerza del contactor, fabricados para cargas normales.

Por esto se recomienda: • Limitar el pico de corriente mediante la instalación de una resistencia de limitación de corriente; • Utilizar un contactor especial para las cargas capacitivas.

Los contactores para la maniobra de capacitores tienen las características K (LC1-DFK11M7 o CW17K), el funcionamiento del novedoso contactor está adaptado a las exigencias para la conmutación de cargas capacitivas. Los contactores tienen un sistema de tres contactos auxiliares que son conectados primeramente por 2 a 3 milisegundos, ligados en serie con 6 resistencias para la limitación de la corriente en la conexión del capacitor, dos unidades por fase,

26

Corrección del Factor de Potencia en Instalaciones Eléctricas esto limita la corriente final a un valor que se encuentra dentro de las capacidades de conexión del contactor, luego son cerrados los contactos de fuerza, y son desligados los contactos auxiliares, con lo que se corta la corriente por las resistencias limitadora de corriente. De está forma los contactos transmiten el valor nominal de la corriente del capacitor, el cual no sufre ninguna sobre corriente que pueda dañarlo prematuramente. La potencia de maniobra del contactor siempre debe coincidir con la potencia en kVAR del capacitor a conectar. El rango de los valores nominales del contactor tripolar depende de la marca, los más comunes son de 400 V desde 5 kVAR, 10 kVAR, 15 kVAR, 20 kVAR y 40 kVAR, dependiendo del fabricante.

Dimensionamiento o proyecto y cálculo de un banco de condensadores para compensar una instalación trifásica en baja tensión servida por la red de media tensión

Una instalación eléctrica industrial cuenta con un transformador propio servido por la red de media tensión de la ANDE en 23 kV. El transformador es de relación 23000/230-400 V 50 Hz - 630 kVA. El ingenio arrastra un gasto adicional por consumo de energía reactiva. Se realizaron los estudios de la red en baja tensión, además de las consultas de las facturas e históricos resumidos solicitados a la Administración de Electricidad.

Con todos los estudios e informes se obtuvieron los siguientes resultados: Potencia máxima instantánea = 430 kW. Potencia reactiva máxima instantánea = 356 kVAR. Factor de potencia instantáneo = 0,76.

Con los datos obtenidos procederemos a realizar los cálculos necesarios para elaborar el proyecto de un banco de condensadores para el cliente considerando 0,95 como nuevo factor de potencia final.

Paso 1: Cálculo del total de kVAR para el banco Consultando la tabla numérica obtenemos el coeficiente KF = 0,500. Luego, con la fórmula nº 13 de relación de magnitudes efectuamos el producto de: QC = P x KF = 430 x 0,500 = 215 kVAR. Ahora bien: De los 215 kVAR teóricos decidimos por un total máximo de 220 kVAR; de los cuales restamos para el banco fijo un porcentaje comprendido entre el 8% y 10% de la potencia total del transformador, lo que sería 60 kVAR, la etapa fija debe ser 10% de la potencia del transformador como máximo.

El saldo - 160 kVAR - lo distribuiremos en 1 etapa de 10 kVAR y 7 etapas de 20 kVAR administradas por un regulador de 12 etapas de configuración final.

Paso 2: Realizar un esquema genérico El esquema genérico será así:

mm2 Amperios K kVAR

20

20

K

K

K

20

Etapa fija

kVAR

C1 10

C2 20

C3

20

C4 ......................C8 20...........................................20

Etapas automáticas

27

K

Corrección del Factor de Potencia en Instalaciones Eléctricas Paso 3: Cálculo de las protecciones, contra cortocircuito a) Protecciones contra corto circuito TM (10 kA) - Corte total del banco: ITOTAL x 1, 3 = - Banco fijo (cada etapa) : ICADA ETAPA x 1,5 = - Etapa automática: ICADA ETAPA x 2 = ITOTAL =

QCTOTAL √3 x 380 x 1

=

220.000 660 x 1

= 333,33 A

ITOTAL x 1,3 = 333,33 x 1,3 = 433,33 A. Comercial: T.M. 15 kA - 400/500 A. QC 20.000 = = 30,30 A IETAPA FIJA = √3 x 380 x 1 660 x 1 ICADA ETAPA x 1,5 = 30,30 x 1,5 = 45,45 A. Comercial: T.M. 10 kA - 3x50 A. QC

10.000

= = 15,15 A IETAPA AUTOMATICA 1 Y 2 = √3 x 380 x 1 660 x 1 IETAPA AUTOMATICA x 2 = 15,15 x 2 = 30,30 A. Comercial: T.M. paso 1 - 3x32 A y 10 kA. QC

20.000

= = 30,30 A IETAPA AUTOMATICA 2,3,4,5,6,7,8 = √3 x 380 x 1 660 x 1 IETAPA AUTOMATICA x 2 = 30,30 x 2 = 60,60 A. Comercial: T.M. pasos 2 al 8 - 3x63 A y 10 kA. Paso 4: Elección de conductores y barras Según el artículo 17.7.3 del RBT - ANDE ICONDUCTOR ≥ IProtecciónTH ≥ IC x coeficiente Consultando tabla de Inpaco - Sección de dimensionamiento obtenemos: Para TM corte total corresponde sección 300 mm2 en Inpavinil XLPE - 524 A. Para TM etapas fijas corresponde sección 10 mm2 en multifilar PVC - 50 A. Para TM etapas automáticas 1 corresponde sección 6 mm2 en multifilar PVC - 36 A. Para TM etapas automáticas 2 al 8 corresponde sección 16 mm2 en multifilar PVC 66 A. Según anexo Nº 18 para barras desnudas corresponde 4 barras (fases: R-S-T+N) de 200 mm2 - 40 x 5 (mm) - 520 A.

28

Corrección del Factor de Potencia en Instalaciones Eléctricas

Trabajo Práctico Nº3

1. Se midió un capacitor monofásico de 40 uf/ 220 V/ 50 Hz/ +-5%, dando una lectura el capacímetro de 37 uf.

Se pide: a) Indicar el estado del capacitor. b) Calcular la potencia reactiva capacitiva que puede entregar dicho capacitor. c) La corriente, la protección y la sección del conductor para conectar dicho capacitor.

2. Se midió un capacitor trifásico de 3x50 uf/ 380 V/ 50 Hz/ -5 +10%, dando una lectura el capacímetro de 90 uf.

Se pide: a) Indicar el estado del capacitor. b) Calcular la potencia reactiva capacitiva que puede entregar dicho capacitor. c) La corriente, la protección y la sección del conductor para conectar dicho capacitor.

3. Una instalación eléctrica industrial cuenta con un transformador propio servido por la red de media tensión de la ANDE en 23 kV, la medición de energía es en MT. El transformador es de relación 23000/230-400 V - 50 Hz - 400 kVA. La industria arrastra un gasto adicional por consumo de energía reactiva. Se realizaron los estudios de la red en baja tensión, además de las consultas de las facturas e históricos resumidos solicitados a la Administración de Electricidad, dando como resultado: a) Potencia máxima instantánea 370 KW. b) Potencia reactiva máxima instantánea = 356 kVAR. c) Factor de potencia instantáneo = 0,72.

Se pide calcular el banco de capacitor del tipo Automático a instalar en la industria, para compensar el fp a 0,92 y hacer una lista de materiales a utilizar en la confección del banco de capacitores tipo automático.

Fórmulas para los ejercicios 1 y 2 Cmed = Cnom +- TxCnom C = Qcx.1000.000/2.ᴨ.f.Vf2 …….. Capacitor Monofásico C = Qcx1.000.000/3.(2.ᴨ.f.VL2) …….. Capacitor Trifásico ………………… Capacitor Monofásico Qc = Vf.I.Sen φ Qc = √3.VL.I.Sen φ ………………… Capacitor Trifásico Fórmulas para el ejercicio 3 - Itotal = QtotalBanco/√3 x 380 -Ifijo = Qfijo/√3 x 380 - I Etap.Autom. = Q Etap.Autom/√3 x 380 - Corte total del banco: If =Itotal x 1, 3 = - Banco fijo (cada etapa) If = Ietapa fija x 1,5 = - Etapaautomática If =I etapaAutomx 2 = Observación: Escuchar con mucha atención la clase desarrollada y luego contestar las preguntas. Se puede consultar el material ante cualquier duda.

29