06 FACTOR DE POTENCIA Y CORRECCIÓN 2013-I

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FACTOR DE POTENCIA Y 
CORRECCIÓN 
MEDIDAS ELÉCTRICAS 
OBJETIVOS 
Conocer en forma generalizada conceptos 
relacionados con el Factor de Potencia y su 
corrección. 
Conocer los beneficios que genera la 
corrección del factor de potencia tanto para 
los usuarios como para las empresas 
prestadoras de servicios. 
Aprender a medir y corregir un cosf malo. 
CORRIENTES ACTIVAS Y CORRIENTES 
REACTIVAS 
Redes eléctricas de C.A  dos tipos de cargas 
• Cargas óhmicas 
 o resistivas. 
• Cargas reactivas 
Cargas óhmicas  corrientes en fase con el voltaje 
aplicado a las mismas  Energía eléctrica  trabajo 
mecánico, calor, etc. 
Corrientes 
Activas 
Cargas reactivas ideales  corrientes desfasadas 
90° con el voltaje  Energía eléctrica  se almacena 
en forma de campo eléctrico o magnético 
Corrientes 
Reactivas 
Carga real  dos partes Resistiva 
Reactiva 
reactivaactiva III


CORRIENTES ACTIVAS Y CORRIENTES 
REACTIVAS 
222
reactivaactiva III 
22
reactivaactiva III 
A 1006080 22 I
Esquema de alimentación eléctrica 
de una planta industrial 
G 
R 
XL 
I 
IA 
IL 
G 
I’ 
R 
XL 
IA 
IL 
IC 
XC 
Efectos de los bancos de condensadores 
222
reactivaactiva III 
Efectos de los bancos de condensadores 
DEFINICIÓN 
Potencia activa 
El Factor de Potencia cos q, es la relación entre la potencia activa 
real o verdadera que es usada en un circuito para producir calor 
o trabajo y la potencia aparente que es tomada de la línea. 
S
P
qcos
P 
S 
Resumen de potencias activas y reactivas para los tipos de cargas más comunes 
I V 
f = 0 P > 0 Q = 0 
R 
+ 
- 
V 
I 
1 
L 2 
V 
I 
I 
V C 3 
R 
R 
7 
R 
L 
V 
I 
C 
C R 
I 
V 
f = 90° P = 0 Q > 0 
f = - 90° P = 0 Q < 0 
0 < f < + 90° P > 0 Q > 0 
- 90 < f < 0 P > 0 Q < 0 
Tipo de carga Relación fasorial Angulo de fase 
P Q 
Potencia absorbida por la carga 
4 
6 
5 
APARATOS ELÉCTRICOS 
“INDUCTIVOS” 
 Motores de inducción 
 Transformadores 
 Equipos de soldadura 
 Lámparas fluorescentes 
 Anuncios de neón 
 Hornos de inducción 
 Etc. 
FACTOR DE POTENCIA PROMEDIO DE CARGAS 
TÍPICAS 
CÓMO DETERMINAR EL FACTOR DE 
POTENCIA DE UNA INSTALACIÓN 
 EN FORMA DIRECTA : 
Un contador multifuncional. 
Un cosenofímetro. 
Un Analizador de redes. 
 Etc. 
 EN FORMA INDIRECTA: 
 Con el consumo global de activa y reactiva. 
Dos contadores; uno de Activa y uno de Reactiva. 
 Con un vatímetro, un voltímetro y un amperímetro. 
 Etc. 
   
cos

KWh
KWh KVARh
2 2
EFECTOS DE UNA BAJO 
FACTOR DE POTENCIA 
P [KW] Vrms [V] F.P Irms [A] S [KVA] Trafo [kVA]
50 120 1.00 416.7 50 50
50 120 0.90 463.0 55.6 75
50 120 0.85 490.2 58.8 75
50 120 0.80 520.8 62.5 75
50 120 0.65 641.0 76.9 > 75 3f
Una pequeña planta industrial consume una potencia de 50 kW 
está alimentada por una línea de tensión de 120 Vrms. 
¿CÓMO MEJORAR EL FACTOR DE 
POTENCIA? 
 Operación de motores de inducción a plena carga. 
 Motores sincrónicos. 
 Condensadores. 
MOTOR DE INDUCCIÓN 
M 
MOTOR DE INDUCCIÓN 
MOTOR DE INDUCCIÓN 
22
reactivaIactivaII 
)cos(q IactivaI
)(qsenIreactivaI 
)
1
(cos FpsenIreactivaI
-

2
121 







--
I
reactiva
I
senFp q
A 87.2)81.0
1
(cos9.4 
-
 sen
reactiva
I
2
87.2
1 





-
I
Fp
TRANSFORMADOR 
~ Empresa de Energía 
kVA 
Cargas 
13.2 kV 
208 kV 
Banco necesario ? 
Factor de potencia 
en media tensión 
Qc 
Carga 
CÓMO CALCULAR LOS KVAR 
NECESARIOS PARA CORREGIR UN 
FACTOR DE POTENCIA 
 21 tgtgKWKVAR q-q
q1 = ángulo inicial 
 
q2 = ángulo final o deseado 
 
kW = potencia activa 
Donde: 
kVARn
kVn
kV
kVAR realesreales 






2
CÓMO VARÍAN LOS KVAR CAPACITIVOS ? 
M 
208 V 
230 Vn 
100 kVARn 
kVARreales= ? 
Tensión red 
kVAR 82100
230
208
2






realeskVAR
La conexión del banco depende del nivel de voltaje, de los kVAR del banco, 
del sistema de tierra y del sistema de protección deseado. 
Fuente: OBED RENATO JIMENEZ MESA 
MÓDULO DE CONDENSADOR TRIFÁSICO 
PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS DE LOS 
CONDENSADORES MARCA ICAR 
Tolerancia de la capacidad -5% + 10% 
Frecuencia nominal 50  60 Hz 
Rango de temperatura -25º C + 45º C 
Pérdidas dieléctricas  0,2 W / KVAR 
Prueba de tensión entre bornes 2,15 Vn - 60 Hz durante 10 segundos 
Prueba de tensión entre terminales y carcaza 3 KV por 10 seg. 
Prueba de impulso de tensión (1.2 / 50 s) 15 KVPICO 
Voltaje máximo permitido 1,1 Vn 
Corriente máxima permitida 1,3 In 
Coeficiente de temperatura ( C/C) - 260 ppm / C 
Normas CEI 33-5, IEC 70-70ª, BS 1650 
Grado de protección IP40 
Resistencias de descarga, bobinas de amortiguamiento (de 
choque) y dispositivos de seguridad 
Interno 
 
Métodos de corrección del factor de 
potencia 
1. Corrección en grupo: Instalación de un banco o 
 grupo de condensadores conectados a la línea o en un 
 punto central tal como una subestación o un tablero de 
 distribución. 
 
 
2. Corrección individual: Instalación de condensadores 
 individuales directamente a la fuente del bajo factor de 
 potencia. 
Métodos de corrección del factor de 
potencia 
Ventajas de la instalación individual 
de Condensadores 
 Las caídas de voltaje a los motores individuales se 
reducen, disminuyendo el calor debido a corrientes 
excesivas. 
 Los condensadores son conectados o desconectados 
cuando sea necesario. De esta manera, el factor de 
potencia se ajusta a los requisitos de la carga total y se 
obtiene mejor regulación de voltaje. 
 Las capacidades de los condensadores requeridas para los 
motores individuales son fácilmente obtenidas de tablas. 
 Gran flexibilidad en caso de reorganizaciones de las 
plantas. 
Ventajas de la instalación de 
condensadores en grupo 
 La instalación en grupo mejora el factor de 
potencia general de la planta, reduciendo las 
pérdidas de energía. 
 El banco de condensadores tiene costo inferior por 
KVAR que los condensadores individuales. 
 El costo de la instalación del banco es inferior por 
KVAR que el costo de la instalación individual. 
Estrategias para corregir el factor 
de potencia 
 Corrección del factor de potencia medio 
 Corrección del factor de potencia a plena 
carga. 
 Corrección del factor de potencia con un 
banco de condensadores desconectables 
(corrección automática). 
Corrección del factor de potencia medio 
Centro de carga: Consumo [KW] 
 F.Pinicial = cos1 
 F.P deseado = cos2 
Nota: El valor de KW depende de las condiciones de carga bajo las cuales 
se ha medido el factor de potencia. 
Si la carga alimentada no esta sujeta a grandes alteraciones, puede tomarse cos1 
como el factor de potencia medio definido por: 
•El valor de los KW debe ser el resultado de 
dividir los KWh consumidos durante un mes 
por las horas de trabajo mensuales. 
 
• El cos2 debe estimarse algo mayor que el 
mínimo aceptado para que en los momentos de 
plena carga no se opere con F.P demasiado bajo 
 KVAR KW tg tg - 1 2
   
cos 

KWh
KWh KVARh
2 2
Corrección del factor de potencia a plena 
carga 
• Cuando la carga alimentada esté sujeta a fluctuaciones considerables 
 durante las horas de trabajo, puede tomarse como cos1 el factor de 
 potencia a plena carga, medido por alguno de los procedimientos 
 descritos. 
 
• El consumo en KW, debe tomarse también el consumo medio a 
 plena carga. Siendo el óptimo a plena carga 
 
• El cos2 a alcanzar puede tomarse el mínimo que permita la 
 compañía eléctrica. 
CORRECCIÓN 
AUTOMÁTICA 
 Cargas que entran y salen con relativa 
frecuencia. 
 Tendencia actual a este sistema. 
 Controles sensibles a cierta magnitud física. 
 Tiempo de retardo para transitorios. 
Elementos básicos de la 
compensación automática 
 Sensor ala variable de control. 
 Set Point. 
 Retardo de tiempo 
 Actuador final 
Esquema unifilar de conexión eléctrica 
de un banco de capacitores de baja 
tensión, dividido en secciones desconectables 
 operadas automáticamente 
Beneficios al mejorar el factor de 
potencia 
 
 Reducción de la corriente de línea. 
 
 Reducción de las pérdidas por efecto Joule. 
 
 Mejoramiento de la regulación del voltaje. 
 
 Disminución de los costos de la energía. 
 
Reducción corriente de línea 
Punto de 
medida 
~ 
Cargas 
~ 
Red Primaria 
. . . . 
200 kVA 
Z = 6% 
Línea 
11arg cos3 q IVP ac Sin C 
Con C 
1
2
1
21 1
I
I
I
II
I -
-

Reducción 
%100
cos
cos
1%
2
1 





-
q
q
I
I 
V Pcarga 
22arg cos3 q IVP ac
2
1
1
2
cos
cos
q
q

I
I
Reducción de las pérdidas por 
efecto Joule 
Punto de 
medida 
~ 
Cargas 
~ 
Red Primaria 
. . . . 
200 kVA 
Z = 6% 
Pérdidas 
Línea 
2
_ IRP cablelíneaperdidas 
Sin C 
Con C 
1_
2_1_
perd
perdperd
erdidas
P
PP
P
-

Reducción 
%100
cos
cos
1%
2
2
1 














-
q
q
perdidasP
V 
2
11_ IRP cableperd 
Pérdidas 
2
22_ IRP cableperd  I 
Pcarga 
Incremento del voltaje 
Punto de 
medida 
Fase 1 Fase 2 Fase 3 
~ 
Cargas 
~ 
Red Primaria 
. . . . 
trafo
trafocap
kVA
ZkVAR
V
(%)
%


200 kVA 
Z = 6% 
50 kVAR 
V 
%5.1
200
650
% 

VEjemplo: 
%100% 
cc
cap
kVA
kVAR
V
kVAcc 
Disminución de los costos 
de la energía 
Planta industrial típica con un factor de potencia del 68%. 
Usuario no regulado 
Cargo por consumo de energía: $ 60 por KWH (tarifa) 
 
Penalización por bajo factor de potencia: Se requiere que con un factor de 
potencia de 0.9 mínimo, los KVARH no sean superiores a la mitad de los KWH 
consumidos. Cuando sean superiores a este valor se cobran como si fueran KWH 
diurnos. 
 
Las cuentas de energía muestran: 
Durante un mes promedio la demanda máxima es de 500 KW (demanda 
promedio 400 KW) 
Consumo diurno: 160.000 KWH 
Consumo nocturno: 80.000 KWH 
Consumo de reactiva: 260.000 KVARSH 
La cuenta de energía será la siguiente: 
Demanda: 500 KW $0.oo 
Consumo diurno: 160.000 KWH x $ 60 $9,600.000.oo 
Consumo nocturno: 80.000 KWH x $ 60 $4,800.000.oo 
 
Penalización por bajo factor de potencia 
(160.000 + 80.000)/2 = 120.000 KWH 
260.000 KVARSH - 120.000 KWH = 140.000 KVARSH 
140.000 x 60.oo $8,400.000.oo 
 
Total cuenta de energía $22,800.000.oo 
 Si el factor de potencia se mejora a 0.9, el consumo de reactiva es de 
120.000 KVARH y no habrá penalización. 
La capacidad en KVARS necesaria para mejorar el factor de potencia de 0.68 
a 0.9 para una demanda máxima de 500 KW es: 
500 x 0.594 = 297 KVARS ó 300 KVARS 
Costo de instalación 
 V = 440 Volt. , $ 15.000 / KVAR $ 4,500.000.oo 15 días 
V = 220 Volt. , $ 20.000 / KVAR $ 6,000.000.oo 1 mes 
p 
Q 
S 
 
cos2=0.93 
cos1=0.75 
Q = 250 kVAR 
%14%100)
630
6.537
1( -reserva
%100
cos
cos
1%
2
2
1 














-
q
q
perdidasP
EJEMPLO 
La corrección del factor de potencia proporciona los 
siguientes beneficios: 
• “Alivia” o “descongestiona” los generadores, 
 líneas eléctricas y transformadores. 
 
 Reducen las pérdidas de energía en forma de calor. 
 
 Permite elevar los niveles de voltaje y mejorar 
 su regulación en los centros de consumo. 
 
 Evita el pago de penalidades eléctricas por alto 
 consumo de energía reactiva. 
CONCLUSIONES 
FOTO DE UN SISTEMA DE BANCO DE CONDENSADORES 
Totalizador 
Breaker por banco 
Bancos de 
condensadores