Calidad de la energía eléctrica

3. A mis hermanos Tere y Agustín?
por apoyo que siempre me han dado,
CENTRO D. LltC ¡
AUTO" 'TIZA ION lf

4. = = = ^ = = = = = = = = = = _ P t Í l t | %
Los PROBLEMAS DE CALIDAD DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA incluyen un amplio rango de
conceptos que dificultan que el material se pueda organizar en una
forma integral, por lo que este libro constituye un intento por proporcionar
los elementos fundamentales para el estudio de los problemas de
calidad de la energía, En realidad está constituido por una colección de
material sobre sistemas eléctricos que el autor ha hecho para
presentación de conferencias y cursos de capacitación, pero se espera
que no sólo proporcione ios conceptos básicos, sino que también
contribuya a la solución de problemas relacionados con la calidad de la
energía eléctrica.
El contenido incluye los temas relativos a los efectos de las variaciones de
voltaje en los equipos sensibles, el estudio de las armónicas y sus efectos,
los problemas con los transitorios de voltaje, la aplicación de capacitores
en los sistemas eléctricos y los problemas relacionados con las redes de
tierra y la conexión a tierra de equipos sensibles.
La realización de este libro fue posible a la invaluble ayuda de la Lic. Aída
García Bonola y del Ing. Jesús Pacheco Agosto, a quienes expreso mi
agradecimiento, así como a todos quienes han sido mis alumnos en los
cursos de calidad de la energía eléctrica que se imparten en el Instituto
de Ingeniería en Electricidad y Electrónica (IEEE), Sección México, por sus
valiosos comentarios.
7

6. PÁGINA

25. 30

90. 96
y

104. 110

115. ¿Para qué sirven los capacitores?
Los Capacitores y la Corrección
del Factor de Potencia Capítulo 4
estado sólido (tiristores), ya que se proyectan especialmente para operar en altas
tensiones.
d) Utilización de bancos de capacitores. Estos, proporcionan la potencia reactiva de
carácter capacitivo que sea necesaria, pudiéndose 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
generación de potencia reactiva, implica entre otras, las ventajas de un bajo costo
por kVAR instalado, un fácil manejo y mantenimiento sencillo y barato, que en
muchos casos se hace prácticamente inexistente. Esto último, es el motivo de la
aceptación universal que han tenido los capacitores de potencia en todos los
sistemas de energía eléctrica, teniendo una demanda notablemente creciente. A
continuación, se presentan algunos ejemplos de la aplicación de capacitores:
EJEMPLO|
Considere un motor de inducción trifásico 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.
[SOLUCIÓN |
a) P =500HP f 60 Hz
Efic = 88% 1 HP = 745.7 watts
fp1 = 0.75
fp2 = 0.90
Vt = 4160 Volts
122

142. I

144. Mejoramiento del factor de potencia
Los Capacitores y la Corrección
del Factor de Potencia Capítulo 4
4.6 MEJORAMIENTO DEL FACTOR DE POTENCIA DE
MOTORES DE INDUCCIÓN Y TRANSFORMADORES
El motor de inducción es el más amplio contribuidor de la carga reactiva en un
sistema eléctrico 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
disminución de la velocidad.
El factor de potencia de un motor de inducción deberá ser mejorado por la conexión
directa de un capacitor a través de las terminales del motor, o alternativamente por la
conexión de un capacitor a las líneas de suministro del motor.
CORRECCIÓN INDIVIDUAL DE MOTORES
La práctica de conectar un capacitor en el arranque de un motor de inducción y
operar al motor y al capacitor como una unidad está umversalmente establecida, y
esto es recomendado donde no hay objeciones sobre razones técnicas y
económicas. Un tamaño adecuado del capacitor dará 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 pequeñas.
Se debe tener cuidado en la decisión del valor de kVAr del capacitor en relación a los
kVA de magnetización de la máquina. Si el valor es demasiado alto, podría
resultar en un daño para el motor y el capacitor, si el motor sigue girando
después de su desconexión de la línea, podría actuar como un generador auto-
excitado y producir un voltaje más alto que el de la línea.
Si el motor es conectado otra vez, antes de que la velocidad haya bajado al 80% de
la velocidad normal de operación, el alto voltaje será sobreimpuesto en los circuitos
de suministro y puede existir un pico que dañe a otros tipos de equipos.
Como una regla general para determinar el correcto tamaño del capacitor para una
corrección individual de un motor, éste deberá tener un valor de kVAr que no exceda
el 85% de los kVA de magnetización normales sin carga del motor. Sin embargo el
85% no constituye una regla invariable, y para motores de anillos deslizantes y
motores de inducción jaula de ardilla con arranque directo a la línea, en los cuales
nunca existe vínculo en su operación con la velocidad síncrona, el valor podría ser
excedido, pero nunca más allá del 90%.
150

156. Problemas asociados con la sobre corrección de motores
Los Capacitores y la Corrección
del Factor de Potencia Capítulo 4
c) El ajuste del mecanismo de sobrecarga en el arrancador del motor no
(2) Localización B
El capacitor instalado en el lado de carga del arrancador, pero no en el lado de la
línea del relevador de sobrecarga, por lo tanto:
a) El tamaño del capacitor depende de la corriente de magnetización 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) Localización C
El 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 tamaño del capacitor depende de la corriente de magnetización del
motor.
b) La corriente de arranque se reduce.
c) El ajuste de sobrecarga del motor (OLTA) debe ser reducido como sigue:
cambia.
OLTA (con capacitor) = OLTA(s¡n capacitor) x
Factor de potencia sin capacitor
Factor de potencia con capacitor
162

157. Mejoramiento del factor de potencia en transformadores
Los Capacitores y la Corrección
del Factor de Potencia Capítulo 4 Capítulo 4
Suministro Suministro Suministro
Desconectador Desconectador
Fusible
Arrancador
LOCALIZACION A
| |Capacitor
Sobrecarga
LOCALIZACION B
Desconectador
Fusible
O nArrancador
Sobrecarga
11 Capacitor
iMotor J
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 distribución, el único elemento de la planta que
continuamente está en el circuito es el transformador. Por lo tanto, es conveniente
conectar un capacitor directamente en las terminales del secundario del
transformador, para que esté 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
penalización, por tener unidades de potencia reactiva en atraso, la corrección en el
transformador se hace necesaria. Lugares en donde se tienen numerosos
transformadores y una alta diversidad de cargas de mediana tensión,
compensándose con la corriente de magnetización de los transformadores, pueden
prescindir de la necesidad de tener un banco central de capacitores controlados
automáticamente.
163