Nota técnica | Ahorro de energía a través de la corrección del factor de potencia y filtrado de corrientes armónicas

Por Ing. Ricardo Garrido, Elecond Capacitores S. A.

La corrección de factor de potencia tiene como propósito aprovechar al máximo el suministro de energía eléctrica, reduciendo el consumo de energía reactiva. El método más conveniente es usar capacitores de potencia para compensar la potencia reactiva inductiva con otra reactiva capacitiva.
Con el tiempo, todas las plantas industriales han incorporado muchísimos arrancadores suaves y variadores de velocidad que generan gran cantidad de corrientes armónicas que son incompatibles con los capacitores. Un banco de capacitores convencional, que está para corregir el factor de potencia puede entrar en resonancia con el transformador a una frecuencia de alguna corriente armónica existente, por ejemplo, la quinta, y causar que se amplifique varias veces, sobrecargando así al banco de capacitores y al transformador, los cuales se verán afectados con el tiempo, pero instantáneamente pueden aparecer sobretensiones armónicas que llegan a romper otras cargas sensibles que están en paralelo, como PLC de control de procesos, lámparas de iluminación o sistemas de computación, y que causan costos altísimos por pérdidas de producción.
Este cambio sustancial en la composición de las cargas eléctricas industriales ha llevado a que hoy en día casi todos los bancos de capacitores para la industria deban tener reactores antirresonantes para evitar la posibilidad de resonancia paralelo, y también filtrar parcialmente la quinta armónica, que es la predominante donde hay control de cargas trifásicas de potencia.
En aplicaciones comerciales, típicamente en edificios de oficina donde abunda la iluminación con tubos fluorescentes, predomina la tercera armónica, y también deben usarse reactores antirresonantes pero sintonizados para bloquear el paso de todas las corrientes armónicas a través de los capacitores, y así poder corregir el factor de potencia sin causar problemas de resonancia, ni de amplificación de corrientes armónicas, ni tampoco de aparición de sobretensiones armónicas adicionales.
Otra característica de nuestros tiempos es la proliferación de cargas eléctricas con variación instantánea que necesitan corrección del factor de potencia, la cual hace que equipos automáticos convencionales sean inútiles, ya que son lentísimos para estas aplicaciones. Entonces, para ellas se usan los equipos para corrección del factor de potencia conmutados por módulos de tiristores.
Generalmente, las cargas que varían rápidamente también generan corrientes armónicas, y entonces se requiere combinar el filtrado de corrientes armónicas con reactores, y la corrección del factor de potencia instantánea conmutada por tiristores.

Corrección del factor de potencia en presencia de armónicas

Hay que entender muy bien que esta técnica no tiene como objetivo eliminar las corrientes armónicas, sino lo siguiente:

  • Corregir el factor de potencia
  • Evitar la resonancia paralelo y la amplificación de armónicas y sobretensiones
  • Si es posible, filtrar parcialmente la corriente de quinta armónica

Hay que realizar mediciones en la instalación a corregir en momentos de carga representativa de la realidad típica diaria, y si es posible, con los capacitores existentes desconectados.
Cuando se requiere corregir el factor de potencia en presencia de armónicas hay que aplicar el siguiente criterio de selección para determinar qué tipo de sistema de filtrado es necesario usar.
Si el THDV es menor a 3%, no es necesario usar filtros. Si el 3% < THDV < 6%, usar filtros de acuerdo a la armónica dominante.
Si es la quinta, caso típico de instalaciones industriales, usar filtros de absorción parcial de quinta armónica que bloquean el paso de armónicas superiores (factor de desintonía 7%).
Si es la tercera, caso típico de instalaciones comerciales, usar filtros de bloqueo que impiden el paso de todas las corrientes armónicas a través de los capacitores, así protegiéndolos pero no absorbiendo ninguna corriente armónica (factor de desintonía 14%).
Si el THDV > 6%, se requiere reactores de filtro especiales y se debe contar con todo el espectro armónico de THDV para poder diseñarlos.

Corrección del factor de potencia en instalaciones en proceso de diseño

Si la instalación será industrial y tendrá más del 15% de su carga con variadores de velocidad o cargas no lineales, debe planearse instalar corrección de factor de potencia desintonizada con filtros para quinta armónica (factor de desintonía 7%).
Si la instalación será comercial y predominará la carga de iluminación (todo tercera armónica), debe planearse instalar filtros bloqueadores al 14%.

Analizador y registrador de armónicas, modelo EPCOS MC7000-3

Epcos ofrece un nuevo y económico analizador y registrador de parámetros eléctricos y armónicos hasta el órden 51°. Basado en la electrónica de los controladores BR7000 y de los multímetros de panel MMI7000, el analizador y registrador MC7000-3 integra precisión, alta capacidad de registro, portabilidad y economía en una maleta robusta.
Viene con tres lazos flexibles de medición de corriente de 3000 A y cuatro pinzas de tensión, midiendo y registrando con marcado de tiempo de la medición y para cada fase: V, I, F, P, Q, S, kWh, kVARh, armónicas de V e I hasta la 51, THDV, THDI y Temp.
Registra en intervalos programables de 1, 10 y 60 segundos, lo que le permite registrar hasta 18 horas, 7 días y hasta 45 días, dependiendo del intervalo seleccionado. Todos los valores medidos son mostrados en tiempo real en la pantalla. Los registros son almacenados en una memoria estándar SD de 1 GB en un archivo estándar, tipo CSV, y pueden ser visualizados y analizados el software MC7000 para Windows que viene en la provisión.
Por su versatilidad, con apenas cuatro kilos de peso, el MC7000 es una herramienta de campo imprescindible para todos aquellos que trabajan en la corrección del factor de potencia en presencia de armónicas.

Controladores del factor de potencia

Todos con medición de armónicas hasta la 19° y con todas leyendas de la pantalla en idioma español.

  • BR6000-R6 código B44066R 6006E230 con seis salidas a relé y un relé de alarma.
  • BR6000-R12 código B44066 R6012E230 con doce salidas a relé, más un relé de alarma y un relé programable.
  • BR6000-R12/S485 código B44 066R6412E230 con doce salidas a relé, más un relé de alarma, un relé programable, interfaz RS485, MODBUS.
  • BR6000-T6R6 código B44066 R6066E230 con seis salidas a transistor, seis salidas a relé y un relé de alarma.
  • BR6000-T6R6/S485 código B44 066R6466E230 con seis salidas a transistor, seis salidas a relé y un relé de alarma. Interfaz RS485, MODBUS.
  • BR7000-I código B44066R 7012E230 con doce salidas a relé y un relé de alarma. Gran pantalla gráfica que muestra diagramas de barras de THD y oscilogramas.
  • BR7000 código B44066R 7412E230. Mide individualmente en las tres fases y puede ser usado como tres controladores monofásicos de 3 x 5 pasos, o como uno trifásico de quince pasos a relé. Tres relé programables, interfaz RS485, MODBUS. Mide armónicas de tensión y corriente hasta 31°. Gran pantalla gráfica que muestra diagramas de barras de THD y oscilogramas.

Kits de CFP desintonizada para redes de 400 V en 50 Hz

Para soluciones en redes de 400 V 50 Hz, Epcos propone kits que permiten configurar equipos de CFP desintonizados en pasos de aproximadamente 12, 5, 25, 50, 75 o 100 kVAR.
Obsérvese que el reactor en serie causa una sobrelevación de tensión en el capacitor, la cual hace que éste tenga que ser de tensión y potencia nominales superiores (capacitores para 440 V).
Ejemplo de paso estándar de 50 kVARx3x400 V-50 Hz-7% para CFP y absorción parcial de corriente de quinta armónica.

  • Tres Fusibles NH-125 A (no suministrados por EPCOS)
  • Un contactor especial para capacitores con resistencias limitadoras de las corrientes de inserción.
  • Un reactor para 50 kVAR-400 V-50 Hz-7%
  • Dos capacitores trifásicos modelo PhiCap de 28 kVARx3x440 V-50 Hz
  • Un controlador BR7000-I, por ejemplo

Necesidad de CFP dinámica con conmutación por tiristores

Si la carga eléctrica varía en cuestión de minutos o menos, es imprescindible usar corrección del factor de potencia dinámica porque ningún equipo convencional con un controlador estándar y con contactores podrá compensar suficientemente rápido, y además al intentarlo causará un deterioro prematuro de los capacitores y de los contactores. Si la carga varía cada media hora o más entonces se puede usar equipos estándar con contactores.

Elecond Capacitores S.A.

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