Compensación de energía reactiva en transformador de potencia

 

A veces podemos tener la necesidad de compensar la energía reactiva de un transformador de potencia. En este post veremos como calcular la potencia reactiva del transformador y las nociones básicas que debemos tener a la hora de compensarlo.

Potencia reactiva de un transformador

Primero debemos calcular cual es la potencia reactiva del transformador de potencia.

La potencia reactiva de un transformador esta compuesta por dos componentes: consumo de reactiva en vació y en carga.

La primera componente es la potencia reactiva en vacio. Mientras el transformador este alimentado, con o sin carga, el consumo de reactiva en vacio será constante. Este consumo es normalmente entre un 0,5% y un 1,5% de la potencia aparente del transformador. Mi consejo es que utilicéis un 1% de la potencia aparente del transformador como valor por defecto si no tenéis mas datos.

La segunda componente es la potencia reactiva en carga. Este consumo será variable en función del indice de carga solicitado al transformador (S/Sn). Donde ucc y Sn son la tensión de cortocircuito del transformador y la potencia nominal aparente respectivamente, y S será la potencia aparente demandada al transformador en ese instante.

Pongamos un ejemplo, si tenemos un transformador de potencia de 1000 kVA, con una potencia en vacío del 1% y una ucc del 4,8%. Calcularemos la potencia reactiva para un indice de carga del 50% y el 80%.

Como vemos en este caso el transformador consumirá casi el doble de potencia reactiva al aumentar el indice de carga del 50% al 80%.

Representación gráfica

Para verlo más claro observad la siguiente gráfica. El eje vertical es la potencia reactiva del transformador, y el eje horizontal es el indice de carga, desde un 0% hasta un 100%.

Podemos ver que hay una parte que se mantiene constante, que es la componente reactiva en vació. La otra parte que se suma a la componente en vacio es la componente reactiva en carga. Esta sigue una gráfica cuadrática, que va aumentando a la vez que aumenta el indice de carga.

Método de compensar un transformador

Básicamente hay dos formas de compensar el consumo de energía reactiva de un transformador: con una batería fija o con una batería automática.

  • Compensación fija. Se instala en el lado de BT para que quede compensada la potencia reactiva en el lado de AT, o en el lado de MT para compensar el lado de AT. Este tipo de compensación no permite ajustarse a la consumo variable del transformador, con lo que habra instantes en que estará sobrecompensado de más, o subcompensando de menos. Una norma nemotécnica que se suele aplicar es de dimensionar esta bacteria fija con un 5% de la potencia aparente nominal del transformador. Esto es para transformadores hasta 2000 kVA, para transformadores de más potencia se suele calcular sobre un 7,5% de la potencia nominal del transformador.
  • Compensación automática. Se instala igualmente en el lado de BT o MT para compensar el lado de AT. Este tipo de batería, al estar compuesta por pasos o escalones, permite ajustarse al consumo variable del transformador. En este caso es muy importante que la medida de tensión y corriente se realice sobre el mismo punto. La medida de la tensión y la corriente en lados diferentes del transformador puede alterar la medida de potencia de la batería de condensadores debido al desfase que existe entre el primario y el secundario del transformador (indice horario).

Si tienes alguna duda sobre cómo calcula la potencia reactiva de un transformador de potencia, no dudes en dejar un comentario a continuación o en el apartado de contacto.

24 comentarios en “Compensación de energía reactiva en transformador de potencia”

  1. Así es sería un aporte llevar este método y modelarlo en matlab para efectuar algunas comparaciónes.

  2. rolando javier

    como se realiza la conexion para compensar los kvar de mi transformador de distribucion? tengo un banco de 240 kvar y mi trafo de 500KVA.

    1. Francesc Fornieles

      Hola Rolando,

      La estrategia de compensación del transformador de potencia es la que indico en el articulo.

      Hay varias opciones:

      – disponer de una bateria de condensadores solo para el transformador, aparte de la bateria que tienes para compensar las cargas. La potencia puede cubrir solo en condiciones de vacio (aprox 1% Sn trafo) o en condiciones de carga mas o menos constantes (aprox 5% Sn trafo)
      – Disponer la parte de medida del regulador de la bateria de condensadores en la parte de AT, aguas arriba del transformador. Asi tendrá en cuenta el consumo que este tenga. Pero vigila, ya que la medida de tensión y corriente deben realizarse sobre el mismo punto. No puedes tomar la medida de tensión en la parte de AT y la corriente en la parte de BT.

      Saludos,

      Francesc Fornieles

  3. en epocas donde no tengo ningun motor operando, pero tengo un transformador de 1000kva .necesito conectar en el lado de baja condesador fijo. como hago el calculo para saber que capacidad de condensador fijo debo utilizar? para evitar algun fenomeno como la sobretension? para evitar daños en el transformador ?

    1. Francesc Fornieles

      Deberías compensar la potencia en vacío del transformador. Si desconoces ese dato, puedes estimar aproximadamente un 1% de la potencia aparente total del transformador.
      Respecto al fenómeno de sobretensión por sobrecompensación será mínimo, ya que el aumento de tensión seguirá aproximadamente la relación entre la potencia que dejes fija entre la potencia de cortocircuito del transformador.

  4. Alberto Vega

    Tengo un transformador de 500 KVA, el cual presenta voltajes muy altos cerca del 12% arriba del nominal y calentamiento; en el lado secundario el nominal es 440/254, y de fase a neutro se miden voltajes de hasta 286.69 Volts, conecte el analizador y la máxima demanda de carga fue de 66.42 kW, la carga mas grande la consume el elevador que se usa mucho, el factor de potencia promedio fue de 0.8785, se requiere un condensador automático para compensar la potencia en vacío del transformador?

    1. Francesc Fornieles

      Hola Alberto,

      Aqui hay tres cuestiones: la elevada tensión, la potencia reactiva consumida por la instalación y la potencia reactiva del transformador.

      Respecto a la tensión tan elevada, mira de bajar algun punto la regulación del secundario del transformador. Una sobretensión permanente puede dañar equipos y aumentar el consumo de motores.

      Si compensas las cargas, mejoraras el coseno de phi, pero a su vez puede producirse un aumento de la tensión. Por eso revisa la regulación del secundario. Al compensar disminuiras la potencia aparente solicitada al transformador.

      Y por último, la potencia reactiva del transformador. Si el contador esta en la parte de AT, este estará midiendo la potencia reactiva del transformador, la de vacio y la variable en función del indice de carga.

      Si este es tu caso, mira cuanta es la potencia máxima demandada y a partir de aquí haz el calculo con la hoja que hay en el articulo.

  5. Hola. Tengo un trafo de 500 KVA y esta trabajando al 10% de su capacidad, facturación esta llegando con penalidad por consumo de Energía Reactiva, si quiero colocar un banco fijo, en BT 440 Voltios. El banco debería ser de 25 Kvar. Es correcto?

    1. Francesc Fornieles

      Hola Alfredo,

      Entiendo que el contador de la compañia eléctrica está la parte de AT, y por tanto, este esta midiendo el consumo de reactiva tanto del transformador como de las cargas en BT.

      Al tener un indice de carga bajo, el consumo de reactiva del transformador será principalmente la componente en vacío (unos 5 kvar aprox. en tu caso), a la que se añade el consumo de reactiva de las cargas el cual deberias medir con un analizador de redes.

      La regla del 5% es para cuando tienes un consumo más o menos estable, y con un indice de carga más elevado.

  6. Si la carga de un transformador es puramente resistiva, a que se debe que exista una componente de potencia reactiva en los transformadores?

    1. Francesc Fornieles

      Hola Anton
      Un transformador predomina la componente inductiva, y por tanto la potencia reactiva. No deja de ser un bobinado.
      Por sus devanados tendrás una impedancia resistiva, pero sobretodo inductiva. (mira cualquier ejemplo de circuito equivalente de un transformador)

  7. Tengo un servicio que alimenta una bomba de 30 hp y se tiene un banco de 25kvar, cuando la bomba opera se tiene un fp de .98 pero cuando la bomba no opera se tiene un fp de .26 (se queda energizado el banco ya que en ningún momero se desactiva), lo que ocasiona que mi fp al final del mes sea del .78 y me ocasiona penalizaciones….. espero y me puedan apoyar ….saludos

    1. Francesc Fornieles

      Hola,
      ¿El banco de condensadores esta regulado?¿tiene varios pasos o escalones?
      ¿El contador esta en la parte de baja tensión o en alta tensión?

      Hay algo que no me cuadra. Suponiendo que el cos phi inicial del motor es de 0,8, y solo hay esa carga, si conectas una potencia de 25 kvar para alcanzar un cos phi de 0,98, la potencia activa seria aproximadamente de 45,7 kW (30 HP son unos 22,3 kW). ¿Hay algo más conectado?

      De igual forma, si la bomba esta desconectada, y no hay otro consumo, al mantener un banco de 25 kvar estaras sobrecompensando, con lo que el cos phi será capacitivo. No se si en tu sistema tarifario contempla o no la penalización por capacitiva.

  8. Diego Lozano

    Una planta tiene una capacidad de transformación instalada de 10 MVA y su carga promedio es de 4.5 MVA, en estas condiciones la potencia reactiva es de 2 MVAR; la topologia de distribución es poco habitual, teniendo distribución en planta en MT y muchas subestaciones reductoras a tensión de trabajo 440V. ¿Cómo se puede compensar esos 2 MVAR?. ¿ Son los transformadores cargados a porcentajes de 48% promedio los culpables?
    ¿Es mejor compensar en BT o en MT y por qué?
    Gracias por atender mis dudas.
    Datos Generador:
    Generador 4.5 MW
    Tensión: 13.2KV
    60 Hz
    Cos: 0.8
    Potencia Activa Instantánea 4.1 MW

  9. Diego Torres

    Hola Francesc.
    Qué pasa si se sobrecompensa el transformador, si se entregan mas kVAr de lo que la carga + el transormador piden. Si hay exceso de compensación de reactivos?. En alguna parte comentaron que el transformador se empieza a saturar y la onda se deforma. Es cierto ? Hasta cuanto % se puede sobrecompensar sin que ello ocurra, de ser así.

    1. Francesc Fornieles

      Hola Diego,

      Una sobrecompensación excesiva puede tener básicamente tres efectos:
      – una aumento de la tensión de forma permanente (sobretensión)
      – un aumento de la potencia aparente consumida (la batería de condensadores es una carga más de la instalación), si excedes la potencia aparente del transformador este se satura como cualquier elemento inductivo (también pasa con las reactancias de linea que llevan cualquier variador de frecuencia).
      – mayor riesgo de que pueda presentar un fenomeno de resonancia paralelo entre la bateria de condensadores y el transformador. La recomendación es no exceder del 10% de la potencia nominal del transformador (para minimizar el riesgo de que pueda presentarse esta resonancia)

      El transformador que esta saturado hace que trabaje en la zona no lineal de su curva B-H, haciendo que se deforme la corriente, principalmente aparece presencia de 3r armónico.

  10. Hola,

    Estamos realizando un Proyecto en el cual témenos centro de transformación MT/BT de 2MVA. la compensación se esta realizando en el lado baja con batería de 800KVA conectadas al primer cuadro principal para compensar partiendo de 85% a 95%. El cliente insiste en que se tiene que poner el 60% de la potencia del transformador (1200KVA) de condensadores en el lado baja según requerimientos de la compañía eléctrica y para dar licencias de uso. Estamos proponiendo compensar en el lado MT con baterías adicionales para no echar a perder la suministradas. Esta permitido hacerlo? de cuanto serian las baterías conectadas en el lado MT?
    Muchas gracias por antelación.

    1. Francesc Fornieles

      Hola Zakaria
      No se si la aplicación de tu cliente tiene algún requerimiento especial (por ejemplo, energias renovables en algunos paises, etc).
      Pasar de un cos phi de 0,85 a 1, la diferencia de tangentes es precisamente 0,62 por la potencia activa que consumen las cargas conectadas en la instalación (si teoricamente tiene un consumo de 2000 kW!!!)
      Puedes compensar en MT, pero si el consumo no es muy fluctuante. Mi consejo es complementar el sistema de compensación que teneis en cabecera en BT, con otras baterias de condensadores compensando en cuadros secundarios o directamente en las cargas. De esta forma libera parte del trabajo de compensar a la bateria de cabecera, y no necesitaras cambiarla.
      El último consejo es que ajustesunos tiempos de respuesta distintos entre la bateria de cabecera y la que dispongas en cuadros secundarios.

  11. Hola Francesc Fornieles!

    Soy Eva y tengo una pregunta. Un caso práctico:
    – Controlo el transformador, de forma que puedo alterar su comportamiento en BT.
    – Tengo 4 puntos/casas que tienen placa solar y un sistema de almacenamiento.
    Cómo podría bajar la potencia reactiva en el transformador si las casas me ofrecen» la energía que les sobra»?

    Muchas gracias por el aporte! Es un gran trabajo y una gran iniciativa, compartir todo este esfuerzo y conocimientos!!
    De nuevo gracias! 🙂
    Saludos,
    Eva.

  12. Rivelino junior

    Consulta
    Pongamos un ejemplo, si tenemos un transformador de potencia de 1000 kVA, con una potencia en vacío del 1% y una ucc del 4,8%. Calcularemos la potencia reactiva para un indice de carga del 50% y el 80%
    La primera carga del 50% no es 22 Kvar me sale 10,12
    La segunda carga del 80% no es 40,7 Kvar me sale 10.3

  13. Fernando Cáceres-Rebolledo.

    Francesc:

    Tengo un trafo 500kVA, la carga es conectada (promedio) una semana al mes. Según textos técnicos se debe dejar un condensador de 5kVAr fijo para los períodos en que no se está alimentando cargas. La instalación tiene contrato de suministro tarifario sin consumo en horario punta, por lo que al dejar el paso de 5kVAr conectado fijo, ese consumo representará multa.
    Que recomiendas hacer en este caso?

    Saludos desde Chile. Gracias por tus textos técnicos, me han resultado muy útiles para comprender las corrientes armónicas.

    1. Francesc Fornieles

      Hola Fernando,
      Por lo que comentas el contador esta en la parte de AT, con lo que este registra el consumo «aguas abajo» de este.
      Es importante este último, ya que puede estar registrando el consumo de energia reactiva del transformador y tambien de la propia linea si existe cierta distancia entre ambos puntos.
      ¿La multa es por consumo ene energia capacitiva?

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