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WeimarFX El ABC de La Calidad de La Energia Electrica Enriquez Harper

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A mis hermanos Tere y Agustn? por apoyo que siempre me han dado,

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Los

PROBLEMAS DE CALIDAD DE LA ENERGA ELCTRICA

incluyen un amplio rango d e

conceptos q u e dificultan q u e el material se p u e d a organizar en una forma integral, por lo q u e este libro constituye un intento por proporcionar los elementos fundamentales para el estudio de los problemas de c a l i d a d de la energa, En realidad est constituido por una coleccin de material sobre sistemas elctricos que el autor ha hecho para presentacin de conferencias y cursos de c a p a c i t a c i n , pero se espera que no slo proporcione ios conceptos bsicos, sino que tambin contribuya a la solucin de problemas relacionados c o n la c a l i d a d de la energa elctrica.

El contenido incluye los temas relativos a los efectos de las variaciones de voltaje en los equipos sensibles, el estudio de las armnicas y sus efectos, los problemas c o n los transitorios de voltaje, la aplicacin de capacitores en los sistemas elctricos y los problemas relacionados c o n las redes de tierra y la conexin a tierra de equipos sensibles.

La realizacin de este libro fue posible a la invaluble a y u d a de la Lic. Ada Garca Bonola y del Ing. Jess Pacheco Agosto, a quienes expreso mi agradecimiento, as c o m o a todos quienes han sido mis alumnos en los cursos de c a l i d a d de la energa elctrica que se imparten en el Instituto de Ingeniera en Electricidad y Electrnica (IEEE), Seccin Mxico, por sus valiosos comentarios.

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PGINA

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y

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Para qu sirven los capacitores? Los Capacitores y la Correccin del Factor de Potencia Captulo 4

estado slido (tiristores), ya que se proyectan especialmente para operar en altas tensiones. d) Utilizacin de bancos de capacitores. Estos, proporcionan la potencia reactiva de carcter capacitivo que sea necesaria, pudindose instalar en bancos fijos o bancos formados por secciones fijas y secciones desconectables. El uso de capacitores de potencia comparado con el uso de otros medios de generacin de potencia reactiva, implica entre otras, las ventajas de un bajo costo por kVAR instalado, un fcil manejo y mantenimiento sencillo y barato, que en muchos casos se hace prcticamente inexistente. Esto ltimo, es el motivo de la aceptacin universal que han tenido los capacitores de potencia en todos los sistemas de energa elctrica, teniendo una demanda notablemente creciente. A continuacin, se presentan algunos ejemplos de la aplicacin de capacitores:

EJEMPLO|

Considere un motor de induccin trifsico de 500 KP, 60 Hz, 4160 V conectado en estrella, con una eficiencia a plena carga del 88%, con un factor de potencia en atraso de 0.75 y conectado a un alimentador. Se desea corregir el factor de potencia de la carga a 0.9 en atraso, conectando 3 capacitores en la carga, determine lo siguiente: a) El valor del banco de capacitores en kilovars. b) La capacitancia de cada unidad, si son conectados los capacitores en delta, en microfaradios. c) La capacitancia de cada unidad, si son conectados los capacitores en estrella.[SOLUCIN |

a)

P fp1 Vt

=500HP = 0.75 = 4160 Volts

f

60 Hz

Efic = 88% fp2 = 0.90

1 HP = 745.7 watts

122

I

Mejoramiento del factor de potencia Los Capacitores y la Correccin del Factor de Potencia Captulo 4

4.6

MEJORAMIENTO DEL FACTOR DE POTENCIA DE MOTORES DE INDUCCIN Y TRANSFORMADORES

El motor de induccin es el ms amplio contribuidor de la carga reactiva en un sistema elctrico industrial. Este factor de potencia tiende a incrementarse con el crecimiento en los caballos de potencia (HP) para una velocidad dada. Similarmente, para un valor de caballos de potencia dado, el factor de potencia decrece con la disminucin de la velocidad. El factor de potencia de un motor de induccin deber ser mejorado por la conexin directa de un capacitor a travs de las terminales del motor, o alternativamente por la conexin de un capacitor a las lneas de suministro del motor. CORRECCIN INDIVIDUAL DE MOTORES La prctica de conectar un capacitor en el arranque de un motor de induccin y operar al motor y al capacitor como una unidad est umversalmente establecida, y esto es recomendado donde no hay objeciones sobre razones tcnicas y econmicas. Un tamao adecuado del capacitor dar un valor casi constante de factor de potencia sobre el rango normal de carga, puesto que las variaciones en los kVAr del motor son comparativamente pequeas. Se debe tener cuidado en la decisin del valor de kVAr del capacitor en relacin a los kVA de magnetizacin de la mquina. Si el valor es demasiado alto, podra resultar en un dao para el motor y el capacitor, si el motor sigue girando despus de su desconexin de la lnea, podra actuar como un generador autoexcitado y producir un voltaje ms alto que el de la lnea. Si el motor es conectado otra vez, antes de que la velocidad haya bajado al 80% de la velocidad normal de operacin, el alto voltaje ser sobreimpuesto en los circuitos de suministro y puede existir un pico que dae a otros tipos de equipos. Como una regla general para determinar el correcto tamao del capacitor para una correccin individual de un motor, ste deber tener un valor de kVAr que no exceda el 85% de los kVA de magnetizacin normales sin carga del motor. Sin embargo el 85% no constituye una regla invariable, y para motores de anillos deslizantes y motores de induccin jaula de ardilla con arranque directo a la lnea, en los cuales nunca existe vnculo en su operacin con la velocidad sncrona, el valor podra ser excedido, pero nunca ms all del 90%.

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Problemas asociados con la sobre correccin de motores Los Capacitores y la Correccin del Factor de Potencia Captulo 4

c) El ajuste del mecanismo de sobrecarga en el arrancador del motor no cambia.

(2) Localizacin BEl capacitor instalado en el lado de carga del arrancador, pero no en el lado de la lnea del relevador de sobrecarga, por lo tanto: a) El tamao del capacitor depende de la corriente de magnetizacin del motor. b) La corriente de arranque se reduce. c) El ajuste de sobrecarga del motor permanece sin cambio, como si no hubiera capacitor.

(3) Localizacin CEl capacitor es instalado en el lado de la carga en ambos, tanto del arrancador como del relevador de sobrecarga del motor, por lo tanto: a) El tamao del capacitor depende de la corriente de magnetizacin del motor. b) La corriente de arranque se reduce. c) El ajuste de sobrecarga del motor (OLTA) debe ser reducido como sigue: Factor de potencia sin capacitor Factor de potencia con capacitor

OLTA (con capacitor) = OLTA(sn capacitor) x

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Mejoramiento del factor de potencia en transformadores Los Capacitores y la Correccin del Factor de Potencia Captulo 4 Captulo 4Suministro Desconectador

Suministro Desconectador

Suministro Desconectador

Fusible

Fusible

Arrancador | |Capacitor

O

nArrancador

Sobrecarga Sobrecarga iMotor J 11 Capacitor

LOCALIZACION A

LOCALIZACION B

LOCALIZACION C

FIGURA 4.18 DIAGRAMA QUE ILUSTRA ALTERNATIVAS DE LOS PUNTOS DONDE SE PUEDEN CONECTAR CAPACITORES PARA CORREGIR EL FACTOR DE POTENCIA.

En cualquier sistema de distribucin, el nico elemento de la planta que continuamente est en el circuito es el transformador. Por lo tanto, es conveniente conectar un capacitor directamente en las terminales del secundario del transformador, para que est en el circuito permanentemente. Los beneficios de esto para un consumidor con recargos en la tarifa de factor de potencia promedio es que la potencia total de los capacitores requeridos para corregir a la planta completa pueden ser significativamente reducidos. En lugares en donde a los consumidores se le aplican recargos por las tarifas de penalizacin, por tener unidades de potencia reactiva en atraso, la correccin en el transformador se hace necesaria. Lugares en donde se tienen numerosos transformadores y una alta diversidad de cargas de mediana tensin, compensndose con la corriente de magnetizacin de los transformadores, pueden prescindir de la necesidad de tener un banco central de capacitores controlados automticamente.

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