La circulación de energía reactiva tiene influencias importantes en la elección de los materiales y el funcionamiento de las redes eléctricas. Tiene, por lo tanto, incidencias económicas.
De hecho, para una misma potencia activa P utilizada, la Figura 1 muestra la necesidad de proporcionar tanta más potencia aparente (S2 > S1) cuanto menor sea el cos ϕ, es decir, cuanto más elevado sea el ángulo ϕ.
Figura 1: Influencia del cos ϕ sobre el valor de la potencia aparente
De igual forma (figura 2), para una misma corriente activa utilizada Ia (para una tensión constante U de la red) se necesitara proporcionar más corriente aparente (I2 > I1) cuanto menor sea el cos ϕ (ángulo ϕ elevado).
Figura 2: Influencia del cos ϕ sobre el valor de la corriente aparente
Por lo tanto, debido al aumento de la corriente aparente, la circulación de energía reactiva provoca:
- Sobrecarga y calentamiento adicional en transformadores y cables que dan lugar a pérdidas de energía activa
- Caídas de tensión.
En consecuencia, la circulación de energía reactiva conduce a sobredimensionar los equipos eléctricos de la red.
Para evitar la circulación de esta energía reactiva en la red, es necesario producirla lo más cerca posible de los elementos que la consumen.
En la práctica, se instalan condensadores que proporcionan la energía reactiva que demandan las inductancias conectadas en la red (imagen de cabecera: Equipo de compensación de reactiva para una red de MT).
De esta forma se consigue que la energía reactiva circule sólo entre los condensadores y los consumidores de energía reactiva. Es obvio que los condensadores deben colocarse lo más cerca del elemento consumidor, a menos que las consecuencias de la circulación de la energía reactiva sean importantes.
Para evitar las consecuencias de una circulación de energía importante en las redes, los distribuidores generalmente facturan la energía reactiva a partir de un cierto nivel; lo cual induce a los usuarios a compensar la energía reactiva que consumen.
■ Energía reactiva en los elementos de la red
● Máquinas síncronas
Comprenden los generadores y motores síncronos. Al actuar sobre la corriente de excitación se varía la potencia reactiva de la máquina. Para una elevada corriente de excitación, la máquina suministra potencia reactiva (Q > 0) y para una baja corriente de excitación, absorbe potencia reactiva (Q < 0).
Por lo tanto, las máquinas síncronas pueden proporcionar parte de la potencia reactiva demandada por la red.
● Máquinas asíncronas
Las constituyen los motores y los generadores asíncronos.
Estas máquinas absorben energía reactiva, el cos ϕ tenderá a ser más bajo cuanto menor sea la carga.
● Líneas y cables
Las características L y C de las líneas y cables son tales que estos elementos son consumidores o productores de energía reactiva según su grado de carga.
Para redes trifásicas:
C: Capacidad de la red
L: Inductancia de la red
V: tensión simple
I : Corriente que circula por la red
De forma práctica:
- Las líneas consumen potencia reactiva
- Los cables de MT proporcionan potencia reactiva con baja carga y la consumen con fuerte carga,
- Los cables de BT consumen potencia reactiva
● Los transformadores
Un transformador consume potencia reactiva y puede determinarse de forma aproximada por la suma de:
- Una parte fija dependiente de la corriente magnetizante en vacío I0:
- Otra parte aproximadamente proporcional al cuadrado de la potencia aparente que por el circula:
Ucc: Tensión de cortocircuito del transformador en p.u.
S : Potencia aparente que circula por el transformador
Sn : Potencia aparente nominal del transformador
Un : tensión compuesta nominal
Por tanto, la potencia reactiva total consumida por el transformador sería:
● Las inductancias
Consumen potencia reactiva; se utilizan por ejemplo para estabilizar el arco de las lámparas fluorescentes o el de los hornos.
● Los condensadores
Producen potencia reactiva con muy buen rendimiento, es por ello por lo que se utilizan para compensar la energía reactiva en redes de MT y BT.
● Otros receptores
La tabla 1 indica los cos ϕ y las tg ϕ de los receptores más utilizados.
Aparato
|
Cos
|
Tg
|
Motor asíncrono cargado a:
0%
25%
50%
75%
100%
|
0,17
0,55
0,73
0,80
0,85
|
5,80
1,52
0,94
0,75
0,62
|
Variadores de velocidad electrónicos para motores asíncronos (de
potencia inferior a 300 kW) cualquiera que sea la carga
|
≈ 0,85
|
≈ 0,62
|
Lámparas de incandescencia
Lámparas fluorescentes no compensadas
Lámparas fluorescentes compensadas (0,93)
Lámparas de descarga no compensadas
|
≈1
≈ 0,5
0,93
0,4 a 0,6
|
≈ 0
≈ 1,73
0,39
2,29 a 1,33
|
Hornos de resistencia
Hornos de inducción con compensación integrada
|
≈ 1
≈ 0,85
|
≈ 0
≈ 0,62
|
Máquinas de soldar a resistencias
Grupos estáticos monofásicos de soldadura por arco
Grupos rotativos de soldadura por arco
Transformadores-rectificadores de soldadura por arco
|
0,3 a 0,8
≈ 0,5
0,7 a 0,9
0,7 a 0,8
|
0,75 a3,18
1,73
1,02 a 0,48
1,02 a 0,75
|
Hornos de arco
|
0,7 a 0,8
|
0,75 a 1,02
|
Tabla 1: cos ϕ y tg ϕ de los receptores más utilizados
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