Las cargas en las redes eléctricas industriales y públicas son principalmente de naturaleza resistiva-inductiva, por lo tanto, el propósito de los sistemas para la corrección de factor de potencia es compensar esta energía reactiva de tipo inductiva mediante la inyección de energía reactiva de tipo capacitiva en algunos nodos bien definidos de la red. Mediante esta solución, también evitamos grandes caídas de tensión y mayores pérdidas óhmicas. La energía reactiva capacitiva requerida se logra mediante condensadores en paralelo a la fuente de la red, tan cerca como sea posible del consumidor inductivo. Una forma de suministrar a la red esta energía reactiva de tipo capacitiva es por etapas, agregando o quitando condensadores (CFP regulado). Los beneficios obtenidos al corregir el factor de potencia, los podemos resumir en los siguientes:

• Amortización entre 8 a 24 meses: por ahorros en la operación del sistema, como por el no pago de multas a la compañía suministradora de energía.

• Uso efectivo de la instalación: un factor de potencia mejorado hace que las instalaciones eléctricas trabajen más económicamente.

• Mejora de la tensión de red

• Dimensionamiento óptimo de los cables: la sección de los cables puede ser reducida mejorando el factor de potencia (menos corriente total).

• Reducción de las pérdidas de transmisión: pérdidas por efecto Joule.

Condensadores

La función del condensador es producir la energía reactiva de tipo capacitiva, para compensar la energía reactiva de tipo inductiva de la red. Los condensadores empleados para la corrección del factor de potencia deben ser capaces de soportar altas corrientes de inserción (inrush), causadas por operaciones de conmutación (switching) (>100 × IN). Si los condensadores están conectados en paralelo (bancos o baterías), la corriente de inserción (inrush) se incrementa (= 150 × IN), por la contribución de la red como del resto de los condensadores que han conmutado. Los condensadores responden a la norma IEC 60831-1.

Hoy en día la mayoría de los condensadores emplean como dieléctrico polipropileno metalizado de bajas pérdidas, ecológico y biodegradable, con características de auto regeneración que les confieren larga vida y confiabilidad. Asimismo, cuentan con un desconectador de sobrepresión, el cual frente a una sobrepresión interna, desconecta el capacitor (fin de su vida útil, sobrecargas y/o sobretensiones).

Hoy en día la gran mayoría de estos equipos son microprocesados. El microprocesador analiza las señales provenientes de los transformadores de corriente y, a partir de este análisis, envía órdenes de conmutación a los contactores de control, de tal forma de agregar o sacar etapas de condensadores. El control inteligente por microprocesador de los CFP asegura una utilización uniforme de los condensadores que forman las etapas, minimiza el número de conmutaciones y optimiza el ciclo de vida de los condensadores. Este tipo de dispositivos responde a la norma IEC.

Contactor

Los contactores son elementos de conmutación electromecánicos, usados para la conexión de los condensadores o reactores. La operación de conmutación puede ser realizada por contactos mecánicos o un conmutador electrónico (semiconductor); esta última solución es preferible para cargas sensibles, las cuales requieren una conmutación rápida.

Cuando una capacitancia es conmutada con tensión alterna, el resultado es un circuito amortiguado en mayor o menor grado. Ahora, aparte de la corriente nominal, los condensadores están sometidos a corrientes transitorias que son múltiplos (tanto como 200 veces) de la corriente nominal, por lo tanto, los contactores deberán ir equipados de resistencias de pre-inserción para limitar (<70 × IN) las corrientes de inserción (inrush), prolongando así la vida útil de éstos. Los contactores para este tipo de aplicaciones responden a la norma IEC 60947-4-1 e IEC 60947-5-1.

Reactor (compensación y filtrado)

Las redes de distribución de potencia están cada vez más afectadas por la contaminación armónica, provocada por las llamadas cargas no lineales, tales como: arrancadores suaves, UPS, ballasts electrónicos, etc. Estas armónicas son peligrosas para los condensadores conectados a los circuitos de un banco de compensación de factor de potencia, especialmente si la capacitancia del banco junto a la reactancia de los transformadores de alimentación, forman un circuito resonante.

La experiencia muestra que las frecuencias auto-resonantes de los circuitos se encuentran típicamente entre 250 y 500 Hz, es decir, en la región de la quinta (5ª) y séptima (7ª) armónica.

La resonancia puede llevar asociados los siguientes efectos indeseables:

• Sobrecarga de los condensadores.

• Sobrecarga de los transformadores y equipos de transmisión.

• Interferencias con sistemas de control y medida, computadores, etc.

• Aumento de la resonancia (amplificación de los armónicos).

• Distorsión de la tensión.

El fenómeno de resonancia arriba descrito puede ser evitado conectando en serie con los condensadores reactancias de filtrado (filtro desintonizado o de rechazo). Como regla general, debiera emplearse un filtro de rechazo en lugar de un banco de compensación convencional, siempre que la distorsión armónica total (THD) de la tensión de red supere un 2,5 a 3 %.

Fusibles

Un fusible de alta capacidad de ruptura (HRC) o un interruptor automático tipo caja moldeada se empleará para protección contra cortocircuitos, teniendo presente las siguientes precauciones:

• Los fusibles no protegen al condensador contra sobrecargas; proveen protección contra los cortocircuitos solamente.

• El rango de los fusibles de protección debe ser entre 1,6 a 1,8 veces la corriente nominal del condensador, tipo gG.

• No se deben utilizar los fusibles para conmutar, ya que existe riesgo de arco.

Temperatura ambiente

Los condensadores están divididos en clases de temperatura, cada una de las cuales está representada por un número seguido de una letra, por ejemplo: -40º /D. El número es la temperatura más baja a la cual el condensador puede operar, y el límite de temperatura superior está indicado por la letra; para este caso la letra D corresponde a 55 ºC. Para mayores temperaturas ambiente se requiere de ventilación forzada.

La temperatura es uno de los principales factores que afectan la vida útil del condensador, ya que someten a una fuerte exigencia al polipropileno.

Mantenimiento

• Periódicamente verificar las conexiones y terminales.

• Regularmente limpiar terminales/bushing para evitar cortocircuitos por acumulación de polvo.

• Chequear los fusibles de protección de cortocircuito.

• Hacer una lectura de corrientes dos veces al año, para verificar que las condiciones de diseño no han variado.

• Considerar una actualización o modificación del controlador de factor de potencia, si las condiciones ambientales han cambiado.

En la próxima edición, analizaremos diferentes equipos para compensación de reactiva.