Corregir el factor de potencia: ¿por qué?

En los circuitos eléctricos la corriente está:
– en fase con el voltaje ante una carga óhmica (ej. resistencias);
– desfasada en retraso si la carga es inductiva (ej. motores, transformadores en vacío);
– esfasada en adelanto si la carga es capacitiva (ej. condensadores).

Por ejemplo, la corriente total (I) absorbida por un motor está determinada por la suma vectorial de:
– IR, corriente óhmica debida a la componente resistiva de la carga;
– IL, corriente reactiva debida a la componente inductiva de la carga.

A estas corrientes se asocian las siguientes potencias:
– P, potencia activa asociada a la parte resistiva de la carga;
– Q, potencia reactiva asociada a la parte inductiva de la carga;
– A, potencia aparente.

La potencia reactiva inductiva teniendo un valor medio nulo en el período no es útil a fines de la producción de trabajo mecánico y constituye una carga adicional para el proveedor de energía, que tendrá que sobredimensionar sus generadores y las redes de transmisión y distribución.
El parámetro que define la absorción de potencia reactiva inductiva es el factor de potencia.
Se define factor de potencia a la relación entre la potencia activa y la potencia aparente.
Si no hay armónicos, el factor de potencia equivale al coseno del ángulo comprendido entre el vector corriente y el vector tensión (cosφ).
El factor de potencia disminuye cuando aumenta la potencia reactiva absorbida.
Un equipo que funciona con un bajo cosφ presenta las siguientes desventajas:
– Elevadas pérdidas de potencia en la transmisión en las líneas eléctricas;
– Elevadas caídas de tensión;
– Mayores dimensiones de los equipos de generación, transporte y transformación.

Por todo lo expuesto se entiende la importancia que tiene eliminar o por lo menos disminuir los efectos de un bajo factor de potencia. Los condensadores sirven para alcanzar este resultado.

Corregir el factor de potencia: ¿cómo?

Instalando una batería de condensadores se puede reducir la potencia reactiva absorbida por las cargas inductivas presentes en la instalación y por consiguiente, aumentar el valor del factor de potencia.
Las modalidades para efectuar la corrección del factor de potencia son numerosas y su elección está en función de la naturaleza y de la evolución diaria de las cargas, de su distribución en la instalación y del tipo de servicio.La elección principal hay que hacerla entre corrección del factor de potencia distribuida y corrección del factor de potencia centralizada.
En el caso de corrección distribuida, las unidades de corrección están situadas muy cerca de las cargas que se quieren corregir.
En el caso de corrección centralizada, se instala una sola batería automática antes de todas las cargas que hay que corregir e inmediatamente después del punto de medida del cosφ (por ejemplo en la cabina de transformación MT/BT o en el Cuadro de distribución principal).
Técnicamente, la corrección distribuida es la solución mejor: los condensadores y el equipo utilizador se comportan igual durante el ejercicio diario, por lo que la regulación del factor de potencia se vuelve sistemática y fuertemente vinculada a la carga corregida.
Además, con la corrección distribuida del factor de potencia la reducción de energía reactiva afecta tanto a la Compañía de distribución como al usuario. En las instalaciones industriales, por ejemplo, el ahorro que se puede lograr con la corrección del factor de potencia distribuida se pone de manifiesto tanto bajo forma tarifaria, como bajo forma de un mejor dimensionamiento de todas las líneas de la fábrica que conectan la cabina MT/BT con los equipos.
Otra importante ventaja de este tipo de corrección del factor de potencia es la instalación fácil y barata, ya que los correctores del factor de potencia y la carga se activan y desactivan al mismo tiempo y pueden contar con las mismas protecciones contra las sobrecargas y los cortocircuitos.
La evolución diaria de las cargas tiene una importancia fundamental a la hora de elegir el tipo de corrección más conveniente.
En muchas instalaciones, no todos los equipos funcionan a la vez y algunos incluso funcionan sólo por pocas horas al día. Es evidente que la solución de la corrección del factor de potencia distribuida es demasiado costosa para el elevado número de condensadores que habría que colocar y muchos de ellos estarían sin utilizarse durante mucho tiempo.
La corrección del factor de potencia distribuida conviene cuando la mayor parte de la potencia reactiva requerida está concentrada en pocas cargas de gran potencia que trabajan muchas horas al día.
La corrección del factor de potencia centralizada conviene, en cambio, en el caso de instalaciones con muchas cargas heterogéneas que trabajan esporádicamente. En este caso la potencia de la batería resulta de mucho inferior a la potencia total que habría que suministrar con la corrección distribuida.
Es oportuno conectar la batería permanentemente sólo si la absorción de energía reactiva durante el día tiene una cierta regularidad, de lo contrario habrá que maniobrarla para obtener el factor de potencia en adelanto.
Si la absorción de potencia reactiva es muy variable durante el funcionamiento de la instalación, se aconseja realizar una regulación automática fraccionando la batería en varios niveles. Se puede realizar la maniobra manual cuando hay que accionar la batería pocas veces al día.

Corregir el factor de potencia: ¿cuánto?

La elección de la potencia de la batería de condensadores para instalarla en un equipo (QC) depende directamente de:
– el valor del cosφ2 que se desea obtener;
– el valor del cosφ1 de inicio;
– la potencia activa instalada.

La relación es: QC = P x (tanφ1 - tanφ2 )
QC = potencia reactiva capacitiva a instalar (kvar)
P = potencia activa instalada (kW)
QL,QL’ = potencia reactiva inductiva antes y después de la instalación de la batería de condensadores
A, A’= potencia aparente antes y después de la corrección del factor de potencia
a fórmula se puede escribir también así: QC = k x P
En donde el parámetro k se puede calcular fácilmente utilizando la tabla de la página siguiente.
Ejemplo: supongamos que hemos instalado una carga que absorbe una potencia activa equivalente a 300kW con un factor de potencia inicial de 0,70 y que queremos aumentarlo a 0,97, según la siguiente tabla obtenemos: k = 0,770.
Y por tanto: QC = 0,770 x 300 = 231kvar

Corregir el factor de potencia: los armónicos en las redes eléctricas
En muchas instalaciones eléctricas industriales o del sector terciario la presencia de equipos no lineales (inversores, soldadoras, rectificadoras, ordenadores, accionamientos, etc.) determina una distorsión de la corriente (y por tanto los armónicos), que se sintetiza mediante el parámetro numérico THDI%: si la corriente es sinusoidal su THDI% es nulo, por tanto la corriente estará más deformada cuanto mayor sea su THDI%.
Su presencia en la red conlleva numerosos problemas en los elementos de una instalación eléctrica:
– En las máquinas giratorias surgen pares parásitos (con las consiguientes vibraciones) que perjudican la duración mecánica. El aumento de las pérdidas provoca además recalentamientos indeseados con el consiguiente daño de los aislamientos;
– En los transformadores causan el aumento de las pérdidas en el cobre y en el hierro con posible daño de los devanados. La posible presencia de componentes continuas de tensión o corriente puede conllevar la saturación del núcleo con el consiguiente aumento de la corriente magnetizante;
– Los condensadores acusan los efectos desde el punto de vista del calentamiento y del aumento de la tensión con una reducción de la vida media.

La forma de la onda de la corriente generada por una carga no lineal, si es periódica, puede estar representada como la suma de varias ondas sinusoidales (una a 50Hz llamada fundamental y otras con frecuencia múltiple de la fundamental llamadas armónicas). En general se desaconseja corregir el factor de potencia de una línea con contenido armónico elevado sin tomar las medidas oportunas. Esto porque, aunque se puedan construir condensadores capaces de soportar fuertes sobrecargas, la corrección del factor de potencia realizada sólo con los condensadores se traduce en un aumento del contenido armónico, con los efectos negativos que acabamos de indicar.
La solución más conveniente para evitar este tipo de problemas es el filtro de bloqueo (Detuned Filter) que se obtiene poniendo en serie unas reactancias a los condensadores que, desplazando la frecuencia de resonancia por debajo de la armónica más baja existente, pueden proteger los condensadores y al mismo tiempo evitan resonancias peligrosas.

Corregir el factor de potencia: conclusiones

En una instalación con bajo factor de potencia, en la mayor parte de los casos el coste relativo a la instalación del equipo de corrección del factor de potencia se amortiza en pocos años.
Además de eliminar las multas en el recibo, las ventajas técnico-económicas debidas a la instalación de una batería de condensadores son las siguientes:
– disminución de las pérdidas en línea y en los transformadores debida a la menor corriente absorbida;
– disminución de las caídas de tensión en las líneas;
– optimización del dimensionamiento de la instalación.

Condensadores utilizados

En nuestros sistemas de corrección del factor de potencia automática utilizamos exclusivamente condensadores trifásicos de polipropileno metalizado de alto gradiente impregnados con resina (sin PCB).
La diferencia fundamental respecto a los condensadores de polipropileno estándar es la modalidad con la que la película dieléctrica se metaliza: si en los condensadores estándar el grosor de la capa metálica depositada en la superficie del polipropileno es constante, para los condensadores «con alto gradiente » la capa metálica tiene un grosor oportunamente modulado. La modulación del grosor de la metalización permite mejorar notablemente las prestaciones de los condensadores (y por tanto de los sistemas de corrección del factor de potencia de los que son el componente fundamental) en términos de:La modulación del grosor de la metalización permite mejorar notablemente las prestaciones de los condensadores (y por tanto de los sistemas de corrección del factor de potencia de los que son el componente fundamental) en términos de:
– aumento de la potencia específica (kvar/dm3) con la consiguiente reducción de las dimensiones de los sistemas de corrección del factor de potencia; – mejora de la robustez ante las sobretensiones permanentes y transitorias, para una mayor fiabilidad también en las instalaciones con presencia de subidas de tensión debidas a la red o a las maniobras en la instalación; – mejor comportamiento al cortocircuito interior.

Reguladores de potencia reactiva

El regulador de potencia reactiva es, junto a los condensadores y a las reactancias (en los cuadros filtro de bloqueo), el componente fundamental del sistema de corrección del factor de potencia automática.
De hecho es el elemento «inteligente», que se ocupa de controlar el desfase de la corriente absorbida por la carga, en función del cual manda la activación y la desactivación de las baterías de condensadores con el fin de mantener el factor de potencia de la instalación por encima del umbral mínimo previsto por las Autoridades para la Energía.
Los reguladores de potencia reactiva RPC empleados en los sistemas automáticos de corrección del factor de potencia ORTEA han sido diseñados para garantizar el factor de potencia deseado minimizando al mismo tiempo el esfuerzo de las baterías de los condensadores; precisos y fiables en las funciones de medida y regulación, son sencillos e intuitivos en su instalación y consulta.
La flexibilidad de los reguladores permite modificar todos los parámetros de la lógica para personalizar su funcionamiento, adaptándolo a las características efectivas de la instalación que hay que corregir (umbral del factor de potencia, velocidad de activación de las baterías, tiempo de espera para la reconexión de una batería, presencia de fotovoltaico, etc.).
Los reguladores utilizados por ORTEA ofrecen además importantes funciones para el mantenimiento y la gestión del equipo de corrección del factor de potencia, que tienen como finalidad la identificación y la solución de problemas en la instalación que podrían provocar daños con la consiguiente reducción de la vida útil de la misma.

Equipos personalizados

En caso de potencias elevadas, además de la posibilidad de conectar en paralelo dos o más unidades del mismo tamaño aprovechando el potencial del regulador «master/slave», ORTEA, gracias a su organización sumamente flexible, puede desarrollar en poco tiempo sistemas automáticos de corrección del factor de potencia realizados según las especificaciones técnicas del Cliente.
Dichos equipos se ensamblan en un armario industrial único y llevan un solo seccionador de entrada en lugar de los tradicionales seccionadores instalados en todas las unidades conectadas en paralelo.
Entre otras cosas, también es posible realizar sistemas con dimensiones de intervalos particulares, interruptor automático en la entrada, pintura con colores a elegir y grado de protección IP superior (hasta IP55).

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Ortea
Manufactured by: Ortea
Model: PFC103
Product ID: 4347
100-1000kvar

PFC103
Características técnicas
Tensión nominalUe = 415V
Tensión nominal condensadoresUn = 415V
Tensión máxima permisibles en los condensadoresUmax = 455V
Frecuencia50Hz
Índice de distorsión armónica en la corriente de la instalaciónTHDIR% ≤ 12%
Índice de distorsión armónica en la corriente de los condensadoresTHDIC% ≤ 50%
Tensión de aislamiento690V
InstalaciónPara interior
ServicioContinuo
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Ortea
Manufactured by: Ortea
Model: PFC503
Product ID: 4351
100-1000kvar

PFC503
Características técnicas
Tensión nominalUe = 415V
Tensión nominal condensadoresUn = 525V
Tensión máxima permisibles en los condensadoresUmax = 577V
Frecuencia50Hz
Índice de distorsión armónica en la corriente de la instalaciónTHDIR% ≤ 27%
Índice de distorsión armónica en la corriente de los condensadoresTHDIC% ≤ 85%
Tensión de aislamiento690V
InstalaciónPara interior
ServicioContinuo
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Ortea
Manufactured by: Ortea
Model: PHF203
Product ID: 4354
100-1000kvar

PHF203
Características técnicas
Tensione nominaleTensión nominalUe = 415V
Frecuencia50Hz
Índice de distorsión armónica en la corriente de la instalaciónTHDIR% > 27%
Tensión de aislamiento690V
InstalaciónPara interior
ServicioContinuo
Reactancia de bloqueotrifásica (frecuencia de sintonización 180Hz)
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RACKS

Diseñado para adaptarse a las medidas más comunes de los cuadros eléctricos, el sistema Rack Ortea es la solución ideal para OEM (productores de equipos originales) y productores de cuadros, además:
– Es compacto.
– Está disponible tanto con o sin reactancia de bloqueo.
– Potencias de 9,4 kvar a 150kvar en un único rack.
– «Bus bar» (embarrado) que puede soportar hasta 400kvar.
– Fácil de montar (barras de conexión y fusibles NH incorporados en el soporte del rack).
Los racks Ortea están equipados con condensadores trifásicos autoregenerables de polipropileno metalizado de alto gradiente que garantizan elevadas prestaciones con bajas pérdidas y pequeñas dimensiones.
Son fáciles de montar dentro de cualquier armario gracias a los soportes laterales regulables mediante correderas.
Además, gracias a las abrazaderas extensibles, el rack de 480 mm de ancho se puede montar en un armario de 800 mm, y esto permite una combinación muy flexible de los espacios y de la potencia reactiva total.
El sistema de barras puede soportar una potencia reactiva máxima de 400kvar a 415V y 50Hz.
En cualquier momento se pueden añadir racks.
Todos los componentes auxiliares y de control se suministran ya cableados a la bornera instalada en el rack.

Características estándar

Todos los racks se suministran con:
– Contactores para condensadores.
– Cables antillamas, conformes a las normas EN 50267-2-1.
– Base portafusibles tripolar tipo NH00.
– Fusibles di potencia NH00-gG.
– Condensadores trifásicos autoregenerables de polipropileno metalizado y alto gradiente.
– Sistema trifásico de conexión mediante barras de cobre estañadas.
– Resistencias de descarga.
– Reactancias de bloqueo trifásicas (sólo H203) con frecuencia de sintonización 180Hz.
Todos los componentes utilizados son conformes con los requisitos de las normas en materia de seguridad.

Accesorios estándar (suministrados con los racks)
– Abrazaderas de soporte lateral telescópicas, adecuadas para armarios con profundidad 600-400 mm.
– Barras de conexión de cobre estañadas con tuercas.
– Protección de plexiglass IP20.
– Abrazaderas de adaptación para instalación en armarios de diferente anchura (800-1000mm).

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