Métodos de compensación de VAR

Las empresas eléctricas y plantas industriales comúnmente compensan VARs usando capacitores fijos, dispuestos en bancos de diferentes tamaños, dependiendo de la potencia a compensar. Estos bancos son conectados y desconectados, en respuesta a las diferentes condiciones de la carga. Algunos bancos son mecánicamente conmutados en pasos mediante contactores, donde la combinación de pasos es en función del nivel de carga presente.

Figura 1. Equipo AVC.

La conmutación de un banco capacitor causa grandes variaciones de corriente y transitorios de voltaje que ocurren cuando los capacitores son conectados al circuito. Dependiendo del lugar, en una onda senoidal de tensión, donde se produce la conmutación, se pueden generar grandes transitorios que dejan fuera de servicio equipos sensibles conectados a la red. Este problema puede ser mucho peor cuando se conmutan bancos capacitores de MT o AT.

Por otra parte, las cargas que generan grandes cantidades de VARs con variación rápida requieren soluciones especiales; a estas soluciones se les denomina Sistemas Dinámicos (Fast VAR) o Sistemas de Compensación Adaptable de VAR.

Una de las maneras más prácticas para proporcionar compensación dinámica de VAR es utilizar Rectificadores Controlados de Silicio (SCR) para proporcionar una rápida conmutación de conexión y desconexión del banco capacitor. Esta tecnología se denomina Compensador Adaptable de VAR (AVC), y un ejemplo se observa en la figura 1.

El corazón del AVC es un controlador basado en microprocesador que supervisa los voltajes de fase y corriente de línea, actualizando el patrón de conmutación de los capacitores en cada ciclo. Mediante la medición del peak de la componente inductiva de la corriente (valor instantáneo en el cruce por cero de la correspondiente forma de onda de tensión Fase-Neutro), el microprocesador determina la necesaria compensación capacitiva que debe estar conectada a cada fase a fin de mantener el modo de funcionamiento seleccionado. Una cantidad adecuada de energía reactiva se inyecta en el sistema durante el siguiente ciclo, de modo que el máximo tiempo de respuesta es de 1 ciclo. Para aplicaciones más complejas el tiempo de respuesta puede ser de 1/2 ciclo.

Figura 2. Diagrama eléctrico del AVC.

Los principales elementos del AVC son capacitores, reactores de sintonización y los SCR (como se aprecia en la figura 2). Cada capacitor está precargado con el peak de la tensión de alimentación y sigue siendo cargado hasta que se aplica la señal de disparo al SCR. Los disparos de las señales son sincronizados para llevar a cabo el conjunto de conmutaciones, sólo cuando el sistema alcanza su peak de tensión. En este instante (cruce por cero de la corriente del condensador), el potencial a través del SCR se encuentra cerca de cero. Esta técnica no genera armónicos ni transitorios de corrientes y voltajes asociados a la conmutación de bancos de capacitores.

El tamaño de los capacitores (C1, C2, C3 y C4) se basa en una progresión binaria (C2=2xC1 y C3=2xC2 y así sucesivamente). Entonces, un sistema de 3 pasos produciría 7 combinaciones; uno de 4 pasos, 15 combinaciones, y uno de 5 pasos, 31 combinaciones. La figura 3 representa un equipo AVC de 4 pasos.

Figura 3. Rango de operación para 4 pasos (stage).