Fundamentos de la potencia reactiva y la compensación
Hemos reunido los conceptos más habituales en las instalaciones eléctricas bajo apartados breves y claros.
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¿Qué es la potencia reactiva?
Una parte de la corriente que tomamos de la red se convierte en trabajo (calor, luz, movimiento), mientras que otra se emplea para crear el campo magnético de cargas como motores, transformadores y balastos. La parte convertida en trabajo se llama potencia activa (kW); la que va y viene para el campo magnético se llama potencia reactiva (kVAr).
La potencia reactiva no realiza trabajo, pero sigue haciendo circular corriente por cables y transformadores. Ambas actúan juntas sobre la corriente total; esa combinación se llama potencia aparente (kVA).
S² = P² + Q²
P potencia activa (kW)
Q potencia reactiva (kVAr)
S potencia aparente (kVA)
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¿Qué es el factor de potencia (cos φ)?
El factor de potencia es la relación que indica qué parte de la potencia aparente consumida se convierte realmente en potencia activa. Cuanto más cerca de 1, más eficientemente aprovecha la instalación la red.
cos φ = P / S
Cuando el factor de potencia es bajo, se necesita más corriente para obtener la misma potencia activa. Esto tiene las siguientes consecuencias:
Los cables y transformadores se cargan más de lo necesario.
Aumentan las pérdidas en las líneas y la caída de tensión.
La instalación desperdicia parte de su capacidad en corriente reactiva.
Si se superan los límites fijados por la distribuidora, el cargo por energía reactiva aparece en la factura.
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Cargas inductivas y capacitivas
Las cargas reflejan potencia reactiva a la red de dos maneras:
Cargas inductivas: motores asíncronos, transformadores, máquinas de soldar, balastos fluorescentes. Consumen potencia reactiva inductiva de la red. Es el tipo más común en la industria.
Cargas capacitivas: condensadores y algunos dispositivos electrónicos. Entregan potencia reactiva capacitiva a la red.
El objetivo de la compensación es suministrar localmente la potencia reactiva inductiva con condensadores. Sin embargo, si los condensadores permanecen conectados cuando la carga baja, la instalación puede pasar a la zona capacitiva. La zona capacitiva también está sujeta a límites, por lo que la capacidad conectada debe ajustarse a la carga.
Los controladores de cargas inductivas ayudan a proteger frente a la carga capacitiva conectando reactancias en derivación (shunt) al valor deseado.
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Límites de penalización por reactiva
Según la normativa del regulador turco del mercado energético (EPDK), se permite sin cargo cierta cantidad de energía reactiva respecto a la energía activa consumida. Si se superan estas proporciones, se factura el exceso. La inductiva y la capacitiva se controlan por separado.
Instalación
Límite inductivo
Límite capacitivo
Potencia contratada inferior a 50 kVA
%33
%20
Potencia contratada de 50 kVA o más
%20
%15
Estas proporciones corresponden aproximadamente a los siguientes valores de factor de potencia:
Relación reactiva / activa
cos φ aprox.
%33
0,95
%20
0,98
%15
0,99
Las proporciones y condiciones de aplicación pueden actualizarse con los cambios normativos. Para los valores vigentes, consulte la normativa de la EPDK y su factura de electricidad.
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¿De qué se compone un sistema de compensación?
Un cuadro de compensación automática combina básicamente las siguientes partes:
Transformador de corriente: transmite al regulador la corriente consumida por la instalación.
Regulador de potencia reactiva: calcula el factor de potencia a partir de la corriente y la tensión y decide qué escalones conectar o desconectar para alcanzar el valor objetivo.
Elementos de conmutación: contactores o módulos de tiristores conectan y desconectan los escalones.
Condensadores: suministran la potencia reactiva.
Reactancias en derivación (shunt): se utilizan para equilibrar el exceso capacitivo cuando es necesario.
Elementos de protección: fusibles, interruptores y equipos de alarma.
El regulador vigila continuamente los cambios de la carga y añade o retira escalones. Así el factor de potencia se mantiene alrededor del valor objetivo.
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Conmutación por contactor y por tiristor
Se utilizan dos métodos para conectar los escalones de condensadores:
Con contactor
Con tiristor
Conmutación
Contacto mecánico
Semiconductor, sin contacto mecánico
Velocidad
Más lento, hay que esperar a que el condensador se descargue
Responde muy rápido
Cargas adecuadas
Cargas de variación lenta
Cargas de variación rápida (soldadura, prensas, ascensores, etc.)
Desgaste
Los contactos se desgastan con el tiempo
Sin desgaste mecánico
Si la carga cambia muy rápido, un sistema con contactores no puede seguirla. En ese caso la potencia reactiva puede no suministrarse en el momento necesario. Para estas cargas se prefiere la conmutación por tiristores.
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Armónicos
Las cargas no lineales como variadores, rectificadores, SAI y alumbrado LED distorsionan la forma de onda de la corriente. Los componentes que aparecen en múltiplos de la frecuencia fundamental (50 Hz) se llaman armónicos.
En una red con armónicos, los condensadores pueden entrar en resonancia, consumir corriente excesiva, calentarse y ver reducida su vida útil. Por eso, en instalaciones con muchos armónicos:
Primero debe medirse el nivel de armónicos,
Si es necesario, debe usarse una reactancia de desintonía en serie (compensación filtrada) con los condensadores,
La tensión asignada de los condensadores debe ser adecuada a la tensión de red y al nivel de armónicos.
El nivel de armónicos puede determinarse midiendo con un analizador de energía.
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¿Qué mide un analizador de energía?
Un analizador de energía permite supervisar el estado eléctrico de una instalación en un solo equipo. Normalmente se miden las siguientes magnitudes:
Tensiones y corrientes de fase
Potencia activa, reactiva y aparente
Factor de potencia (cos φ) y frecuencia
Consumo de energía activa y reactiva
Componentes armónicos
Estos valores ayudan a saber si el sistema de compensación funciona correctamente, si se superan los límites de penalización y cómo cambia la carga a lo largo del día.