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Las ventajas de compensar
con bancos estáticos

En las instalaciones donde las fluctuaciones de carga son importantes y rápidas, la conexión y desconexión de escalones o pasos en un banco de condensadores convencionales a base de contactores no permite actuar lo suficientemente rápido como para tener en cada momento la compensación necesaria. En tales casos la solución idónea consiste en aplicar contactores estáticos, a base de tiristores, para la conexión y desconexión de los condensadores.

Con la implementación de contactores estáticos, se obtienen las siguientes ventajas:

Conexión del condensador sin transitorio de arranque. La conexión se produce en el preciso momento en que la tensión de red coincide con la del condensador, incluso cuando éste se encuentra total o parcialmente cargado. Por este motivo se elimina cualquier transitorio de conexión y desaparecen los huecos u otras perturbaciones, que en muchos casos provocan interferencias sobre equipos electrónicos.

Desconexión del condensador sin transitorio. La desconexión se produce al paso por cero de la corriente (ver Figura 1).

Cadencia de maniobras ilimitada. Las dos condiciones anteriores hacen que los tiempos entre conexiones y desconexiones sucesivas puedan llegar a ser de un ciclo de red si la carga lo requiere (20 ms en el caso de red a 50 Hz).

Respuesta inmediata a la demanda de compensación. Esta condición es inalcanzable con los equipos convencionales con contactores y resulta imprescindible para cargas tales como máquinas de soldar por puntos o pequeños cordones, ascensores, grúas, hornos y, en general, aquéllas que presenten ciclos cortos de carga.

Menor desgaste de los condensadores y de los contactores de maniobra. Esta es una consecuencia inmediata de la eliminación de transitorios y de la total ausencia de partes mecánicas móviles. La vida útil del equipo en su conjunto se incrementa notablemente con respecto a los equipos convencionales con contactores. La Figura 1 muestra la evolución de la tensión y corriente en el condensador, Uc e Ic. Obsérvese que no existe punta de corriente de conexión mientras que en un equipo convencional con contactores dicha punta puede alcanzar valores de 275 veces la corriente nominal del condensador
(ver Figura 1).

Para el mando de los equipos estáticos es preciso recurrir a reguladores de factor de potencia rápidos, que permiten medir las necesidades de reactiva de la red y compensar en un tiempo de unos 80 ms.

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Figura 1. Tensiones y corrientes en un equipo estático en un ciclo completo de conmutación (datos tomados en una red de 400 V / 50 Hz


Ventajas de las compensaciones

La compensación de energía reactiva comporta las siguientes ventajas:


Aumento de la capacidad de las instalaciones

Es frecuente que las líneas, interruptores y otros medios de distribución alcancen el límite de carga o hagan necesaria su ampliación. Una forma de aumentar la capacidad de la instalación es corregir el factor de potencia reactiva, con lo cual aumenta su capacidad de transporte de energía activa. En la Figura 3 se da un gráfico que permite calcular la potencia activa adicional que podría obtenerse de una instalación si se mejora el factor de potencia de cos F1 a cos F2.

Como ejemplo de utilización de dicho gráfico, podemos ver que una instalación con un factor de potencia inicial de 0,7 permitirá un 35% más de potencia activa si se mejora aproximadamente a 0.96.

Tomando como ejemplo un transformador, éste se caracteriza por una potencia aparente S en kVA, pero la potencia activa que puede soportar es menor y viene dada por: P= S.cos F.

Aplicando la fórmula a un caso práctico de un transformador de 630 kVA, con un cos F de 0,75, puede soportar sólo una carga de 472 kW. Este mismo transformador, mejorando el cos F a 1, podría soportar una potencia próxima a los 630 kW.

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Figura 2. Esquema de un paso de batería estática.


Mejora de la tensión de red

La compensación del factor de potencia comporta, como se ha dicho, una disminución de la corriente total que circula por las líneas y transformadores de alimentación y, por consiguiente, una disminución de las caídas de tensión en los mismos. Esto hace que la tensión en los puntos de suministro final aumente al introducir la compensación del factor de potencia.

Como ejemplo supongamos una línea trifásica a 400 V, de 100 m de longitud, con una carga de 250 kW y un cos F inicial de 0,5. Supóngase un cable con una impedancia de 0.15 O/km. La caída de tensión en la línea en caso de no compensar el factor de potencia sería de 18,75 V, es decir, un 4,6%, valor que resulta inadmisible al calcular pérdidas. En caso de compensar el factor de potencia a 0,96, la caída de tensión calculada de nuevo sería sólo de 9,76 V, es decir, un 2,4%, que es un valor admisible.


Disminución de pérdida por efecto Joule

Las pérdidas por calentamiento, llamadas también pérdidas por efecto Joule, en una línea, dependen de la resistencia de los cables (no de su impedancia, sino sólo de la parte resistiva).

Si tomamos como ejemplo la misma instalación del aparato anterior, suponiendo que la línea es de cobre y tiene una sección de 4 x 95 mm² resulta que para cos F = 0,5, las pérdidas en la línea de 100 m ascienden a 8.050 W, mientras que al compensar a cos F = 1 se reducen a 2.012 W. La Figura 3 muestra un gráfico con la reducción de pérdidas debida a la compensación.


Ventajas económicas

Evidentemente las ventajas técnicas comentadas anteriormente comportan al mismo tiempo ventajas económicas en el costo de las instalaciones, en reducción de pérdidas y la no aplicación de multas por mal Factor de Potencia.

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Figura 3. Reducción de pérdidas por compensación del F. de P.


Ventajas de los Bancos Estáticos:

Máxima vida útil de los condensadores.

Bajas corrientes de inserción.

Regulación prácticamente instantánea del factor de potencia.

Los condensadores no están sometidos a stress eléctrico a los que están expuestos los condensadores de bancos convencionales.

Mantienen el factor de potencia prácticamente inamovible.

No existen operaciones mecánicas (Se emplean "contactores" de estado sólido).

Menor mantención.

Artículo gentileza de CLAS Ingeniería Eléctrica S.A.
clasmail@clas-sa.com    -   www.clas-sa.com
Agosto 2010
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Comentarios acerca de este artículo
DAVID LETELIER MBJ INGENIERIA (30/11/2010)
Nos encontramos con una maestranza donde tiene instalado 1 banco de condensadores con analizador de red de 6 pasos que utilizaron contactores convencionales (grave error), estamos pensando reevaluar el bco de cond y seguir con los 6 pasos o ustedes me proponen bnco fijo por ser una maestranza que entran y salen los equipos constantemente. Potencia conectada 74Kw y en energia cobrada en factura promedio 23600 kwh. Nos pueden orientar, la idea es proponer una solucion definitica pagan multa por bajo factor de potencia 22% aparece en factura.
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