Compensación de potencia reactiva en redes eléctricas

Los equipos eléctricos consumen energía durante su funcionamiento. En este caso, la potencia total consta de dos componentes: activo y reactivo. La potencia reactiva no realiza ningún trabajo útil, pero introduce pérdidas adicionales en el circuito. Por ello, se esfuerzan por reducirla, para lo que acuden a diversas soluciones técnicas de compensación de potencia reactiva en redes eléctricas. En este artículo, veremos qué es y para qué sirve un dispositivo de compensación.

Definición

La potencia eléctrica total se compone de energía activa y reactiva:

S = Q + P

Aquí Q es reactivo, P está activo.

La potencia reactiva se produce en campos magnéticos y eléctricos, que son característicos de las cargas inductivas y capacitivas cuando se trabaja en circuitos de CA. Cuando una carga resistiva está operando, las fases de voltaje y corriente son las mismas y coinciden. Cuando se conecta una carga inductiva, el voltaje se retrasa con respecto a la corriente, y cuando se conecta una carga capacitiva, se adelanta.

El coseno del ángulo de desplazamiento entre estas fases se denomina factor de potencia.

cosФ = P / S

P = S * cosФ

El coseno del ángulo es siempre menor que uno, por lo que la potencia activa siempre es menor que la completa. La corriente reactiva fluye en dirección opuesta a la activa e impide su paso. Dado que la corriente de carga completa fluye a través de los cables:

S = U * I

Incluso a la hora de desarrollar proyectos de líneas de transmisión de energía, es necesario tener en cuenta el consumo de energía activa y reactiva. Si esto último es demasiado, será necesario aumentar la sección transversal de las líneas, lo que genera costos adicionales. Por lo tanto, están luchando con eso. La compensación de potencia reactiva reduce la carga en la red y ahorra energía industrial.

Donde es importante considerar el coseno phi

Averigüemos dónde y cuándo se necesita la compensación de potencia reactiva. Para hacer esto, necesita analizar sus fuentes.

Un ejemplo de carga reactiva básica es:

• motores eléctricos, colectores y asíncronos, especialmente si en modo de funcionamiento su carga es pequeña para un motor en particular;
• actuadores electromecánicos (solenoides, válvulas, electroimanes);
• dispositivos de conmutación electromagnéticos;
• transformadores, especialmente al ralentí.

El gráfico muestra el cambio en cosФ del motor eléctrico cuando cambia la carga.

La base del equipo eléctrico de la mayoría de las empresas industriales es el accionamiento eléctrico. De ahí el elevado consumo de potencia reactiva. Los consumidores privados no pagan por su consumo, mientras que las empresas pagan por él. Esto ocasiona costos adicionales, del 10 al 30% o más de la factura total de la luz.

Tipos de compensadores y su principio de funcionamiento.

Para reducir el reactivo, se utilizan dispositivos de compensación de potencia reactiva, los llamados. UKRM. En la práctica, se utilizan con mayor frecuencia como compensadores de potencia:

• bancos de condensadores;
• motores síncronos.

Dado que la cantidad de potencia reactiva puede cambiar con el tiempo, significa que los compensadores pueden ser:

1. No regulado: generalmente un banco de capacitores sin la capacidad de desconectar capacitores individuales para cambiar la capacidad.
2. Automático: los pasos de compensación cambian según el estado de la red.
3. Dinámico: compensa cuando la carga cambia rápidamente de carácter.

El circuito usa, dependiendo de la cantidad de energía reactiva, de uno a un banco completo de condensadores que pueden ser de entrada y salida del circuito. Entonces el control puede ser:

• manual (interruptores automáticos);
• semiautomático (botoneras con contactores);
• descontrolado, luego se conectan directamente a la carga, se encienden y apagan con ella.

Las baterías de condensadores se pueden instalar tanto en subestaciones como directamente cerca de los consumidores, luego el dispositivo se conecta a sus cables o buses de potencia. En el último caso, generalmente se calculan para la compensación individual del reactivo de un motor específico u otro dispositivo; a menudo se encuentra en equipos en redes eléctricas de 0,4 kV.

La compensación centralizada se realiza en el borde de la sección de equilibrio de las redes o en la subestación, y se puede realizar en redes de alta tensión de 110 kV. Lo bueno es que descarga líneas de alta tensión, pero lo malo es que las líneas de 0,4 kV y el propio transformador no se descargan. Este método es más económico que los demás. Al mismo tiempo, es posible descargar centralmente el lado bajo de 0.4 kV, luego el UKRM se conecta a los buses a los que está conectado el devanado secundario del transformador y, en consecuencia, también se descarga.

También puede haber una opción de compensación grupal. Es un tipo intermedio entre centralizado e individual.

Otra forma es la compensación con motores síncronos, que pueden compensar la potencia reactiva. Aparece cuando el motor está en modo de sobreexcitación. Esta solución se utiliza en redes de 6 kV y 10 kV, y también ocurre hasta 1000V. La ventaja de este método sobre la instalación de baterías de condensadores es la posibilidad de utilizar un compensador para realizar trabajos útiles (rotación de potentes compresores y bombas, por ejemplo).

El gráfico muestra la característica en forma de U de un motor síncrono, que refleja la dependencia de la corriente del estator en la corriente de campo. Debajo, ves lo que es el coseno phi. Cuando es mayor que cero, el motor tiene naturaleza capacitiva, y cuando el coseno es menor que cero, la carga es capacitiva y compensa la potencia reactiva del resto de consumidores inductivos.

Conclusión

Resumamos enumerando las principales tesis sobre la compensación de energía reactiva:

• Propósito: descarga de líneas eléctricas y redes eléctricas de empresas. El dispositivo puede incluir estranguladores antirresonantes para reducir el nivel armónicos en la red.
• Las personas no pagan las facturas, pero las empresas sí.
• El compensador incluye bancos de condensadores o máquinas síncronas que se utilizan para los mismos fines.

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Según el libro V.E. Kitaev, L.S. Shlyapintokh "Ingeniería eléctrica con los conceptos básicos de la electrónica industrial", párrafo núm. 54 para la edición del libro. 1968 y el párrafo # 53 del libro de la edición de 1973, establece claramente:... "que en un circuito de corriente alterna que contiene sólo inductancia, la corriente va por detrás del voltaje... y está por delante de los campos electromagnéticos de la autoinducción. Podemos decir eso en el circuito inductivo, el voltaje está por delante de la corriente en fase en 90 grados.

En cuanto a la carga capacitiva en el mismo libro (próximo párrafo # 55 edición de 1968. y # 54 para la edición de 1973) dice:... "al cargar y descargar un condensador... La corriente está por delante del voltaje en fase en un cuarto de período, es decir, 90 grados ".

Y has escrito todo al revés ...