Corrección del factor de potencia y eliminación de corrientes armónicas en sistemas de baja tensión - Ortega Hernández, Alejandro (My University, 2018)
La intención de este trabajo, es juntar los conocimientos teóricos y técnicos aplicados a un proyecto de campo lo más actualizado que sea posible.
La intención de este trabajo, es juntar los conocimientos teóricos y técnicos aplicados a un proyecto de campo lo más actualizado que sea posible viéndolo del lado del usuario o suministrado en baja tensión, así también, el planteamiento de una metodología para dar solución a problemas de factor de potencia bajo o a los originados por corrientes armónicas. El uso cotidiano de las instalaciones eléctricas en cualquier inmueble se convierte en una necesidad del ser humano, por ello la existencia de entender sus orígenes y la familiaridad que como sociedad tenemos con el uso de la electricidad y nuestras tareas diarias, además, debemos crear una conciencia adecuada acerca de esto, a continuación, el presente documento se comprende de diferentes conceptos que nos ayudarán con la explicación de este trabajo. Capítulo 1 El proceso para la obtención de la energía eléctrica depende de las distintas fuentes primarias, las cuales, junto con los sistemas de generación, transmisión, distribución y consumo constituyen el sistema eléctrico de potencia, este sistema viéndolo de manera elemental es la conexión de elementos resistivos, inductivos y capacitivos conectados en serie o paralelo, debido a sus fenómenos electromagnéticos generan potencia eléctrica real o activa, reactiva y aparente, estos conceptos se pueden demostrar con el triángulo de potencias donde se da a conocer el factor de potencia que nos indica el aprovechamiento o la eficiencia de la energía eléctrica, actualmente los suministrados en sus empresas o compañías se preguntan por qué corregir el factor de potencia y una medida correctiva efectiva para esto es el banco de capacitores. Capítulo 2 Actualmente la operación de todos los sistemas eléctricos del mundo se ve afectada por la distorsión en las formas de onda de las tensiones y corrientes producida principalmente por el uso cada vez mayor de dispositivos electrónicos no-lineales en los sistemas de potencia. La distorsión de una señal se expresa en términos de componentes armónicos o armónicos simplemente. En una señal eléctrica, un armónico es definido como un componente cuya frecuencia es un múltiplo entero de la frecuencia original del sistema. Capítulo 3 Para entender lo que está pasando en el sistema, debemos de contar con equipos de medición que nos proporcione datos como potencia eléctrica, corriente, tensión, factor de potencia, distorsión armónica entre otros parámetros que estos equipos especializados nos ofrecen al medir, para dar un buen uso a estos equipos y conocer el sistema se deben escoger adecuadamente los sitios donde debe realizarse el registro, en esta parte me enfocare en el medidor ARL-5 de Circutor y la forma de conectarlo al sistema, por lo general, el suministrado pone atención en esto debido a los diversos efectos nocivos ocasionados en los equipos y maquinaria que ocupan para su producción afectando sobre todo a industrias y grandes centros comerciales. Capítulo 4 Cuando se conoce entre otros aspectos la magnitud y tipo de los armónicos presentes en la red y la fuente que los produce, se puede determinar si hay una buena calidad en el servicio de energía eléctrica. Las compañías suministradoras con el fin de determinar la medida correctiva más apropiada compensan económicamente a los suministrados a que disminuyan la potencia reactiva y manteniendo los niveles de distorsión en valores normalizados bonificando un porcentaje de lo facturado en la utilización de potencia real, en caso contrario, existe una penalización induciendo a los suministrados a que corrijan sus instalaciones y que consuman un mínimo de esta potencia para reducir el costo de consumo de energía eléctrica, los suministrados con tarifas de suministro de energía eléctrica 3, OM o HM son las que se ven en esta situación. Para tal efecto en esta sección, se muestran las diferentes normas con las magnitudes de operación que satisfagan las características de un sistema eléctrico, así los equipos estandarizados para las sobretensiones por efecto de armónicos no filtrados sean tolerables. Tanto para los usuarios del servicio como las compañías suministradoras deben cumplir con los límites indicados un aspecto que finalmente se relaciona con la especificación apropiada de los elementos de acuerdo con la norma correspondiente, se muestran fragmentos importantes de las normas nacionales como la especificación CFE L-000045 y la Ley del Servicio Público de Energía Eléctrica, así como las normas internacionales IEEE-519. Capítulo 5 Las compañías suministradoras verifican que el consumo de potencia reactiva sea el mínimo a través del factor de potencia, cuando más cercano sea a la unidad, en este caso el sistema tiene un aprovechamiento óptimo. Existen multas o costos que pueden ascender hasta un 120 por ciento en penalización y de 2.5 por ciento en bonificación, este análisis se puede ver en el recibo de consumo de energía eléctrica, en México actualmente la Comisión Federal de Electricidad es la que proporciona este tipo de parámetros medidos, así como sus costos, se analiza un caso real de un suministrado de una empresa de comercio que cuenta con distintos puntos de ventas alrededor del País donde se muestra la forma de leer estos cargos así como la obtención de los mismos. Capítulo 6 Para solucionar los problemas de factor de potencia bajo o con presencia de armónicos, las medidas correctivas que han minimizado o eliminado estos problemas son los bancos de capacitores y los filtros de potencia respectivamente, sin embargo, esto no es limitativo pues hoy en día se cuentan con equipos que van evolucionando, en esta parte menciono las medidas correctivas más ocupadas en las industrias o comercios, sus usos, ventajas y desventajas. Capítulo 7 Para elegir la medida correctiva que se adapte al sistema que se vea afectado por esto en el campo laboral, hay empresas dedicas a realizar estudios y mediciones de estos parámetros, estos reciben el nombre de calidad de la energía eléctrica, para tener una mejor aceptación, son muchas las cosas que se deben de revisar del sistema eléctrico, por lo que propongo una metodología para tener un panorama claro de las áreas que se deben tomar en cuenta para su análisis, esto puede generar un plan de trabajo, donde se conocen los equipos principales de la instalación que nos proporcione la información necesaria para detectar el problema a solucionar. Capítulo 8 Aquí presento la selección de un banco de capacitores y un filtro de corrientes armónicas que parte del método propuesto en el capítulo anterior, de los parámetros eléctricos, así como de la información de los diagramas unifilares y el recibo por consumo de energía eléctrica de los servicios que para nuestros casos están en tarifa HM, se realiza el análisis y los escenarios posibles para la medida correctiva apropiada. Para el banco: Las mediciones en campo nos darán los parámetros del sistema necesarios para identificar la potencia reactiva y factor de potencia bajo que afecta, en el análisis se hace el dimensionamiento del banco de capacitores que minimice el problema. Para el filtro: Las mediciones nos indican la potencia reactiva y los niveles de las armónicas que predominan, con esto se dimensiona la capacidad del filtro que minimice el problema de factor de potencia bajo y la distorsión armónica a niveles que no excedan los tolerables del capítulo 4, en caso de ser excedidos se modifican los cálculos de los parámetros iniciales realizando nuevas corridas hasta que se obtengan valores satisfactorios. Para ambos casos se presenta en un formato de propuesta técnica y económica viable, también se analiza los costos por la instalación de estos equipos y el retorno de inversión, muchas veces el usuario se ve muy renuente en la adquisición de estos equipos por que los costos los consideran muy elevados, en este capítulo trataré de dar un panorama de esto, sobre todo de los beneficios técnico-económicos que deja la mejora de las instalaciones. El procedimiento es ilustrado en dos plantas industriales del usuario, aunque puede ser usado igualmente en sistemas de distribución asociados a compañías suministradoras. Finalmente, todas estas herramientas nos ayudaran a comprender mejor lo que es calidad de la energía eléctrica. Actualmente la razón más importante por la que el suministrado necesita el estudio de calidad de energía eléctrica es la búsqueda del aumento de productividad y competitividad de las empresas.
Keywords: Correccion del factor de potencia; Corrientes armonicas; factor de potencia; Capacitores de potencia; Potencia reactiva; sistemas de baja potencia