¿QUE ES LA ENERGÍA REACTIVA?

POR: INGENIERO HENRRY BOCANEGRA

En primer lugar debemos conocer los Tipos de Cargas Eléctricas que existen en un sistema de potencia eléctrica de corriente alterna.

RESISTIVAS: Son aquellas cargas donde la Corriente están en fase con la Tensión, en este caso todo el trabajo efectuado por el equipo es útil o aprovechado, o sea toda la energía requerida por el equipo es aprovechada para efectuar su trabajo, como por ejemplo un trabajo de calor, iluminación, etc, este tipo de cargas se conocen también como cargas pasivas, en este tipo de cargas están elementos como la resistencia, bombillos incandescentes, aparatos de calefacción, hornos, estufas, etc.

REACTIVAS: En este tipo de cargas la corriente esta desfasada 90° con respecto a la tensión, la cual puede estar adelantada si es de tipo inductiva o atrasada si es de tipo capacitiva, a lo contrario de la carga tipo resistiva, este equipo toma una energía para luego devolverla en forma de Campo Magnético como es el caso de los Motores y Transformadores o como Campo Eléctrico como es el caso de los Capacitores, este tipo de cargas se conocen también como Cargas Activas, por lo tanto el trabajo no es del todo útil o aprovechado, como se puede ver en el diagrama vectorial, donde la corriente tiene una componente de corriente activa que es la corriente utilizada y otra componente en corriente reactiva que es la corriente producida y la suma vectorial de las dos darían una corriente Aparente que sería la corriente resultante. Por este motivo existe la penalización cuando cos µ es inferior a 0,90 y superior a 1.

NO LINEALES: Las cargas no lineales corresponden a equipos donde para hacer su trabajo requieren la conversión de una corriente alterna a una corriente directa, a través de diodos o puentes rectificadores, en este caso la corriente ya no tiene una forma sinusoidal como pasa con los otros dos tipos de casos anteriores. Este tipo de cargas hace que la onda de corriente se distorsione de la carga hacia la fuente, a esa deformación de la onda se llama Distorsión Armónica, la cual añade otro vector para poder determinar la energía reactiva real de la carga.
En una Carga Resistiva teníamos un sistema unidireccional, cuando se le incorpora cargas inductivas o capacitivas se obtienen Cargas Reactivas obteniendo un sistema bidimensional., pero al tener Cargas No Lineales ya el sistema tiene un comportamiento tridimensional, como podemos ver en el diagrama Vectorial.

La Energía Reactiva teniendo en cuenta las descripciones anteriores, es la energía penalizada por la producción de un campo magnético y/o campo eléctrico, el cual presenta un desfase con respecto a la energía activa, este desfase hace que se presente un ángulo entre estos dos vectores conocido como ángulo de desfase (θ), y si se representa con esta expresión matemático [Cos (θ)] corresponde al Factor de Potencia (FP), el cual es el término que los comercializadores utilizan para evaluar la penalización de la facturación de energía eléctrica, los limites están dados por la CREG en la Resolución No. 015 de 2018 en el capítulo 12, la cual estipula que el valor del FP debe estar dentro do los siguientes limites 1≥ FP ≥0,90, de lo contrario tendrá una penalización en facturación, cuándo los rangos están fuera, el criterio para efectuar la penalización obedece a lo siguiente:

Todos los clientes industriales cuentan con medidores inteligentes para contabilizar la de energía eléctrica consumida, donde se toma lectura de la Energía Activa (KW.h) que corresponde a la energía consumida por la carga de la edificación y de la Energía Reactiva (KVAr) energía penalizada inductiva y/o capacitiva presentada por la carga.
Estos medidores toman lecturas cada hora de estos dos parámetros de Energía Activa y Reactiva, lo que indica que en un día tendríamos 24 lecturas y en un periodo de 30 días (mes) de 720 lecturas.
La Penalización se presentará cuando la energía reactiva (kVAr.h) inductiva y/o capacitiva sea mayor al cincuenta por ciento (50%) de la energía activa (kW.h) que le es entregada en cada periodo horario. En otras palabras, solo se cobrará el exceso de Energía Reactiva.
En caso que la energía activa sea Igual a cero en algún periodo y exista lectura de energía reactiva, el costo energía reactiva se efectuará sobre la totalidad de energía reactiva registrada en dicho período.
Cuando le pedimos al comercializador de energía que nos regale la matriz de consumo de la empresa nos dará los siguientes parámetros, Energía Activa (KW.h), Energía Reactiva (KVAr), Factor de Potencia (FP) y Energía Reactiva Excedente (KVAr)

Ejemplo 1

Un cliente en una determinada hora presenta un consumo de Energía Activa de 200 (KW.h) y en Energía Reactiva Inductiva una lectura de 120 (KVAr.h), en esa hora especifica tendíamos un exceso de Energía Reactiva. La Penalización seria de 20 (KVAr.h)

Ejemplo 2

En otra determinada hora presenta un consumo de Energía Activa de 4 (KW.h) y en Energía Reactiva Capacitiva una lectura de 10 (KVAr.h), en esa hora especifica tendíamos un exceso de Energía Reactiva. La Penalización seria de 8 (KVAr.h)

Ejemplo 3

En otra determinada hora presenta un consumo de Energía Activa de 0 (KW.h) y en Energía Reactiva Capacitiva una lectura de 30 (KVAr.h), en esa hora especifica tendíamos un exceso de Energía Reactiva. La Penalización seria de 30 (KVAr.h)

Este cliente en particular solo en esas tres horas de lectura tendría una penalización por exceso de Energía Reactiva = (20 (exceso de reactiva inductiva) + 8 (exceso de reactiva capacitiva) + 30 (exceso de reactiva capacitiva)) para una penalización total por exceso de 58 (KVAr.h).

Ya entendiendo esto revisemos el tema del Costo de Energía Reactiva se efectuará con base en la siguiente expresión o fórmula:

Donde:

CTER: Costo del Transporte de la Energía Reactiva en exceso sobre el límite asignado al usuario del en pesos.

ER: Cantidad de Energía Reactiva en exceso sobre los límites asignados al usuario.

M: Variable asociada con el periodo mensual en el que se presenta el Exceso de Energía Reactiva sobre los límites establecidos, dende M puede variando entre 1 y 12.

Dn: Cargo o tarifa por el uso de sistemas de distribución para el transporte de Energía Reactiva.

La constante M: Cuando la Energía Reactiva en Exceso sobre el límite se presente durante cualquier período horario en más de diez (10) días en un mismo mes calendarlo, la variable M será Igual a 1 durante los primeros 12 meses en los que se presente esta condición y a partir del décimo tercer (13) la Energía Reactiva con la misma condición, esta variable se incrementará mensualmente en una unidad hasta alcanzar el valor de 12. Si la condición desaparece durante más de seis meses consecutivos, la variable reiniciará a partir de 1.

DONDE PODEMOS COMPENSAR:

Este tipo de Energía hace que entre los equipos y sus fuentes se presenten: pérdidas en los conductores, caídas de tensión en los mismos, y un aumento en el consumo de energía que no es aprovechado eficazmente por el equipo, para evitar este tipo de penalizaciones económicas, es necesario efectuar una compensación de este tipo de energías, para ello la solución es la instalación de Bancos de Condensadores, donde es un arreglo de capacitores que entran y salen y compensan o contrarrestan la energía reactiva presente y evitan que el FP se salga de los limites establecidos por la CREG (1≥ FP ≥0,90).

Hay soluciones para efectuar compensaciones en Alta Tensión (AT), Media Tensión (MT) y en Baja Tensión (BT), en este articulo solo mencionaremos los Bancos de Condensadores para BT.

Los bancos de condensadores pueden ser instalados en tres niveles diferentes, el lugar de ubicación de los equipos de compensación queda a criterio del cliente, ingeniero asesor, en función de las características de la instalación y de los objetivos o requerimientos que se tengan en la empresa, a continuación mostraremos sus ventajas y desventajas.

TIPOS DE COMPENSACIÓN CON BANCOS DE CONDENSADORES

COMPENSACIÓN GLOBAL

El Banco de Condensadores esta en paralelo al Transformador Principal, siendo esta la compensación más común en la industria. Se logra el objetivo de compensar la Energía Reactiva y evitar la penalización económica Aunque se está realizando una compensación efectiva, las perdidas en los conductores por efecto Joule se mantiene a lo largo de las instalaciones de la Edificación. Al tener un banco de condensadores centralizado, hace que se pueda realizar una compensación con controladores automáticos y se pueda ajustar parámetros que permitan evitar penalización por exceso o por escasez de condensadores. Facilita el mantenimiento y remplazo de capacitores. Estos bancos de condensadores deben ser automáticos, ya que la carga es variable.

COMPENSACIÓN PARCIAL

Los Banco de Condensadores está en paralelo a un CCM, es común este tipo de arreglos cuando se cuenta con un grupo grande de motores. Es posible lograr el objetivo de compensar la Energía Reactiva, pero como no se tiene una lectura única se puede presentar dificultades. Como se puede observar las perdidas por efecto Joule presentan una mitigación las pedidas solo se observan desde el CCM hacia los motores. Se incrementa el costo de mantenimiento ya que los bancos de condensadores están instalados en diferentes cuartos eléctricos de la empresa Estos bancos de condensadores deben ser automáticos, ya que la carga es variable.

COMPENSACIÓN DEDICADA

Los Capacitores está en paralelo a la carga, es común este tipo de arreglos cuando se cuenta con pocas cargas inductivas en la edificación o cuando las cargas inductivas están muy retiradas Es más difícil lograr el objetivo de compensar la Energía Reactiva, pero como no se tiene una lectura única se puede presentar dificultades. Las perdidas por efecto Joule desaparecen de toda la instalación eléctrica de la edificación Se dificulta el tema del mantenimiento a estos equipos, ya que están directamente instalados a la carga. Estos capacitores son fijos y solo operan cuando la carga entra en operación.

También es posible realizar la compensación de la Energía Reactiva combinando estas tres técnicas, cuando las empresas son muy grandes, las distancias de las cargas inductivas son lejanas o cuando se cuentan con CCM grandes que manejan gran cantidad de motores. Esto permitirá que ciertos circuitos de la instalación reduzcan sus perdidas por efectos Joule y los conductores no requerirían ser tan gruesos.