Causas de la reducción del factor de potencia y métodos para mejorarlo
Valor técnico y económico del factor de potencia
El valor del factor de potencia caracteriza el grado de utilización de la potencia activa de la fuente de energía. Lo mas alto factor de potencia de los receptores eléctricos, mejores serán los generadores de las centrales eléctricas y sus motores primarios (turbinas, etc.), los transformadores de las subestaciones y las redes eléctricas.
Bajos valores de cos phi (cos phi) a los mismos valores de potencia activa conducen a costos adicionales para la construcción de estaciones, subestaciones y redes más potentes, así como a costos operativos adicionales.
El verdadero poder de los usuarios de servicios públicos cambia constantemente con el tiempo. Esto se debe al hecho de que el trabajo de secciones individuales o talleres de empresas no coincide en el tiempo. Además, algunos de los equipos pueden estar funcionando a carga parcial o incluso en estado inactivo.El cambio en la potencia activa y reactiva de los receptores eléctricos conduce a cambios en el cos phi.
Razones del bajo factor de potencia
Los principales consumidores de energía reactiva son los motores eléctricos asíncronos, los transformadores y hornos de inducción, las máquinas de soldar, las lámparas de descarga de gas, etc.
Un motor de inducción que funciona con una carga cercana a la nominal tiene el valor de cos phi más alto. A medida que disminuye la carga del motor, disminuye el factor de potencia.
Esto se debe a que la potencia activa en los terminales del motor eléctrico cambia en proporción a su carga, mientras que la potencia reactiva, debido a un ligero cambio en la corriente magnetizante, prácticamente permanece constante. En reposo, el cos phi tiene el valor más pequeño que, según el tipo de motor eléctrico, la potencia y la velocidad de rotación, está en el rango de 0,1 a 0,3.
Los transformadores de potencia, como los motores de inducción, tienen un factor de potencia de carga reducido inferior al 75 %.
Los motores de inducción sobrecargados también tienen un bajo cos phi debido al aumento de los flujos de fuga magnética.
Los motores con mejores condiciones de refrigeración que los motores cerrados pueden transportar más carga (potencia activa) y, por lo tanto, tendrán un cos phi más alto.
Los motores de rotor de jaula de ardilla, debido a los valores más bajos de resistencia de fuga inductiva, tienen un cos phi más alto que los motores de rotor bobinado.
El valor del cos phi para máquinas del mismo tipo aumentará a medida que aumente la potencia nominal y la velocidad del rotor, ya que esto reduce la magnitud relativa de la corriente de magnetización.
Un aumento en el voltaje en el lado secundario de los transformadores de potencia debido a una disminución en la carga (por ejemplo, durante los turnos de noche y durante el almuerzo) conduce a un aumento en el voltaje en comparación con el voltaje nominal de los terminales de motores eléctricos en funcionamiento. . Esto, a su vez, conduce a un aumento de la corriente de magnetización y de la potencia reactiva de los motores eléctricos, lo que se traduce en un factor de potencia más bajo.
La rotación del rotor, que se produce a medida que se desgastan los cojinetes, de modo que el rotor no toca el estator, provoca un aumento del entrehierro entre el estator y el rotor, lo que provoca un aumento de la corriente magnetizante y una disminución de la porque phi.
La reducción del número de hilos en la ranura del estator durante el rebobinado provoca un aumento de la corriente de magnetización y una disminución del cos phi del motor de inducción.
El uso de lámparas de descarga de gas (DRL y fluorescentes) con resistencia inductiva (choke) en el circuito en ausencia de dispositivos de compensación también reduce el factor de potencia de las instalaciones eléctricas (ver — Cómo se organizan y funcionan los balastos de las lámparas fluorescentes).
Técnicas de mejora del factor de potencia
Es necesario aumentar el factor de potencia de una instalación eléctrica, en primer lugar, mediante el correcto y racional funcionamiento de los equipos eléctricos, es decir, de forma natural. La potencia del motor eléctrico debe seleccionarse estrictamente de acuerdo con la potencia requerida para el mecanismo de accionamiento, y los motores eléctricos ya instalados pero con poca carga deben reemplazarse por motores eléctricos de potencia correspondientemente menor.
Sin embargo, debe tenerse en cuenta que, en ocasiones, dicha sustitución puede provocar un aumento de las pérdidas de energía activa en el propio motor eléctrico y en la red, si la eficiencia del motor eléctrico recién instalado resulta ser inferior a la instalada anteriormente. uno. Por lo tanto, la viabilidad de dicho reemplazo debe verificarse mediante cálculo.
Además, es necesario verificar el motor eléctrico de respaldo de acuerdo con las condiciones de calentamiento y sobrecarga permisibles y, en ocasiones, el tiempo de aceleración. Como regla general, los motores eléctricos cargados con menos del 40% están sujetos a reemplazo. Cuando la carga es superior al 70%, el reemplazo deja de ser rentable.
En todos los casos posibles, se debe preferir un motor de jaula de ardilla a un rotor de fase. Es necesario abandonar el uso de motores eléctricos cerrados si, debido a las condiciones ambientales, se permite el uso de motores eléctricos en un diseño abierto o protegido.
Los motores eléctricos que impulsan varias máquinas y mecanismos no funcionan a plena carga todo el tiempo. Por ejemplo, al instalar una nueva pieza de mecanizado en una máquina, el motor eléctrico a veces funciona en ralentí con un cos phi bajo. Por lo tanto, se recomienda desconectar el motor eléctrico de la red durante el tiempo de inactividad con una duración del período de interacción de 10 segundos o más (este requisito también es obligatorio para ahorrar electricidad activa).
El período de interacción es el tiempo empleado para retraer la herramienta a su posición original, retirar la pieza mecanizada de la máquina, instalar una nueva pieza en la máquina y llevar la herramienta a la posición de trabajo.En máquinas y mecanismos en los que se alternan períodos de funcionamiento con períodos de interoperabilidad, se recomienda instalar limitadores automáticos de ralentí.
También se recomienda reemplazar o desconectar temporalmente los transformadores cargados en promedio menos del 30% de su potencia nominal.
La reparación de calidad de un motor eléctrico asíncrono afecta significativamente el aumento del valor del cos phi. Un motor bien reparado debe tener una placa de identificación. Debe controlar cuidadosamente el tamaño del espacio de aire entre el estator y el rotor, no permita desviaciones de la norma, coloque la cantidad de cables activos en las ranuras de acuerdo con el cálculo. Los motores reacondicionados deben probarse exhaustivamente, incluida la verificación de la corriente sin carga.
En algunos casos, las medidas para mejorar el factor de potencia natural no permiten aumentar el cos phi a 0,92 — 0,95 según las condiciones del proceso tecnológico. En tales instalaciones eléctricas, se utilizan métodos artificiales para compensar la potencia reactiva, aumentando el factor de potencia mediante el uso de dispositivos compensadores especiales.
Dichos dispositivos incluyen: condensadores estáticos, compensadores síncronos y motores síncronos sobreexcitados. Sin embargo, los motores eléctricos síncronos y los compensadores fabricados a alta potencia son raros en las fábricas. Los más utilizados para aumentar el factor de potencia son condensadores estáticos.
Con una selección adecuada de la capacitancia de los capacitores, es posible llevar el ángulo de fase entre el voltaje y la corriente a cualquier valor requerido.La reducción de corriente en la red de suministro se consigue gracias a la componente reactiva, que es compensada por la corriente capacitiva de la batería de condensadores.