Con la masificación de tecnología de electrónica de potencia (como variadores de velocidad, UPS, cargadores de batería, entre otros), se logró un gran avance en el control, accionamiento y respaldo de sistemas eléctricos de potencia. Sin embargo, también introdujo un enemigo de los equipos eléctricos: las corrientes armónicas. Estas distorsiones de la onda fundamental en 50 o 60 Hz, afectan especialmente a los bancos de condensadores, y sus frecuencias son múltiplos de la corriente fundamental (w). A medida que la frecuencia w aumenta, la impedancia de un condensador decrece, por lo que las corrientes armónicas ven al capacitor como un cortocircuito, causando que se descarguen a través del condensador. Por otro lado, las corrientes armónicas aumentan por el efecto de la resonancia que se produce cuando la impedancia del transformador se iguala a la impedancia del condensador. Esto se traduce en el desgaste y eventual falla de los condensadores.

La instalación de luminarias LED, de variadores de frecuencia, o de UPS, sin considerar su eventual impacto sobre los bancos de condensadores, ocurre de manera frecuente en la industria actual. El diseño del sistema de compensación de energía, debe considerar una protección contra los armónicos, lo que se realiza utilizando reactores que modifican la impedancia del condensador y la alejan de la frecuencia de resonancia.

Para medir la cantidad de distorsión armónica, con respecto a los valores de Tensión y Corriente Fundamental, se utilizan los THD (Total Harmonic Distortion, Distorsión Armónica Total) de Tensión y de Corriente (ver ecuaciones 1 y 2).

En la norma IEEE 519-1992, se hace un resumen de los problemas relacionados con los armónicos, las condiciones de resonancia y de los límites recomendados de distorsión armónica en corriente y tensión.

Para instalaciones con THDv de Tensión menores al 5%, se pueden utilizar condensadores sin reactores, escogiendo la tensión de aislación según el nivel de THDi de corriente que exista (Tabla 1). En el caso de utilizar reactores de rechazo, se debe determinar cuáles son las armónicas principales para determinar la frecuencia de rechazo de los inductores. Por ejemplo, si existe una alta presencia de 5ª y 7ª armónicas, se debe usar una frecuencia de 189 Hz, mientras que en el caso de una alta presencia de 3ª armónica, se recomienda una frecuencia de 134 Hz. Tras resolver la primera elección de tecnología referente a la presencia de armónicos en el sistema eléctrico donde se instalará el banco de condensadores, el siguiente paso es definir la tecnología de accionamiento de los bancos de condensadores, pues la electrónica de potencia también es una opción para controlar los pasos del banco de condensadores.

Tabla 1. Valores indicativos de sistemas correctores del Factor de Potencia de 400V-50Hz, válidos para condensadores de Larga Vida y para Trabajo Pesado.

Tabla 2. Velocidad de Energización por Etapa en Banco de Condensadores.

El control convencional de la compensación de la potencia reactiva se realiza normalmente por un microprocesador dedicado, que mide el factor de potencia promedio del sistema en el transcurso de un cierto número de ciclos de la red (a 50 o 60 Hz), lo compara con un valor prescrito (valor deseado) de factor de potencia, y energiza los condensadores en una secuencia escalonada. La velocidad de conexión de las etapas dependerá de la tecnología de accionamiento (ver Tabla 2). Por esto, la elección de la tecnología de control dependerá del perfil de carga del sistema eléctrico y del dinamismo de las cargas involucradas en la operación del sistema y de la sensibilidad de las cargas a transientes de tensión.

Además de estar expuestos a deterioro mecánico a través de su vida útil, los contactores electromecánicos generan sobrevoltajes transitorios con valores pico que pueden alcanzar hasta 1,63 pu y en ciertos casos, superiores a 2.0 pu (ver estándar IEEE 141-1993, Capítulos 6 y 8). Tales sobre-voltajes transitorios pueden afectar la operación normal de los componentes electrónicos que se encuentran en los diferentes equipos sensitivos de la planta de producción. Otro efecto perjudicial de estos, es que los mismos provocan una reducción significativa de los tiempos de vida útil de los condensadores.

Debido a su tiempo de reacción, tanto los condensadores fijos como los conmutados electromecánicamente no pueden impedir las caídas de voltaje y el flicker ni proveer instantáneamente la potencia reactiva. En aplicaciones donde los cambios rápidos de carga dominan el perfil de su comportamiento dinámico, el impacto de esos sistemas convencionales es mínimo en aspectos tales como ahorro de energía, calidad del producto, producción y utilización de la capacidad instalada de producción.

Tabla 3. Principales diferencias entre un banco de condensadores fabricado con tiristores con uno convencional con contactores.