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AHORRO EN TIEMPO REAL
Más allá de la corrección del factor de potencia

Habitualmente, la corrección del factor de potencia se realiza a través de sistemas de compensación por condensadores, los que se pueden diferenciar según el tipo de conmutación, velocidad de operación, nivel de filtración de corrientes armónicas y voltaje de los condensadores.

El factor de potencia (FP) es un indicador de eficiencia eléctrica y representa el porcentaje de la energía que se transforma en trabajo. Su valor ideal es 1 y debe oscilar en un rango acotado fuera del cual el cliente puede arriesgar multas. De hecho, la Norma Técnica de Seguridad y Calidad de Servicio especifica que “las Instalaciones de Clientes Regulados deberán presentar un factor de potencia calculado en intervalos integrados de 15 minutos, en cualquier condición de carga, medido en sus respectivas Instalaciones de Conexión conectadas a los Puntos de Control del Cliente, según nivel de tensión, como se indica a continuación: 0,93 inductivo y 0,96 capacitivo en los Puntos de Control con tensión nominal inferior a 30 [kV]…”.


Sistemas de compensación

En caso de estar fuera del rango permitido, se utilizan sistemas de compensación por condensadores, los que se pueden diferenciar según el tipo de conmutación, velocidad de operación, nivel de filtración de corrientes armónicas y voltaje de los condensadores.

El tipo de conmutación es la forma en que el condensador o grupo de condensadores es conectado a la red, mientras que la velocidad de operación es el tiempo que transcurre entre la medición y la corrección, cuando efectivamente los condensadores son conectados. Dependiendo del fabricante y del modelo, esta puede ir desde unas cuantas décimas de segundos hasta unos pocos milisegundos. No obstante, podemos clasificar los condensadores en dos tipos: ultra-rápidos y de tiempo real. Los ultra-rápidos operan generalmente en 10 o 20 ciclos (200 a 400 milisegundos). En cambio, los de tiempo real están optimizados para actuar casi instantáneamente, en menos de un ciclo (20 milisegundos).

El nivel de filtración depende de las armónicas de corriente presentes; la contaminación más común es la 5ª y 7ª armónica provenientes de rectificadores o variadores de frecuencia. Para evitar que estas corrientes armónicas ingresen o entren en resonancia con el sistema de compensación, se utiliza un reactor tipo p7 sintonizado a 189Hz. En cambio, si además existe 3ª armónica, producto de rectificadores en cargas monofásicas (como sistemas de iluminación o equipos de computación), se debe utilizar un reactor tipo p14 sintonizado a 134Hz.

El voltaje de los condensadores influye directamente en la vida útil del sistema de compensación. Por ejemplo, si en una red de 400V se emplean condensadores con un voltaje nominal de 400 o 415 V, la vida útil del equipo se reduce a menos de un año; esto se debe a que se opera cerca del límite aumentando la temperatura de trabajo. Por el contrario, si en la misma red se utilizan condensadores con un voltaje nominal mayor (por ejemplo, de 525 o 550V), se aumenta la vida útil a la vez que se disminuye la temperatura de trabajo.


Tipos de sistemas de compensación

En el mercado nacional, se pueden encontrar distintas alternativas de sistemas de compensación por condensadores. Una de ellas son los “sistemas convencionales”, que conmutan sus grupos mediante contactores, disminuyen la corriente de línea, mejoran el FP promedio y filtran parcialmente la 5ª armónica cuando incorporan reactores de rechazo. Sin embargo, y a pesar de su amplio uso, esta tecnología está obsoleta y conlleva un alto costo de mantenimiento.

Los sistemas más avanzados, conocidos como “estáticos” o “electrónicos”, incorporan electrónica de potencia, ofrecen los mismos beneficios que los “convencionales” y están disponibles en versiones rápidas y de tiempo real. Además, incorporan funciones adicionales; son versátiles, con mayor cantidad de aplicaciones, y poseen tiempos medios entre fallas mayores (MTBF) de 5 años. Una de sus funciones más novedosas es el control de voltaje: los equipos son capaces de compensar caídas de tensión en tiempos de hasta 20 milisegundos. En este sentido, esta nueva generación puede brindar una solución de bajo costo para la regulación de voltaje y reducción del flicker. Otra de las aplicaciones es la compensación de los reactivos en transformadores que se encuentran en vacío mediante el uso de señales en Media Tensión, evitando la instalación de pasos fijos, y compensación en parques eólicos, para suplir los huecos de tensión.

Los últimos desarrollos permiten obtener ahorros de energía que dependen principalmente de la velocidad de operación. Los mayores ahorros se logran en industrias que han aumentado el voltaje de sus líneas para compensar caídas de tensión; el sistema genera ahorros porque elimina las caídas de tensión y permite realizar un ajuste arbitrario del voltaje en la red.

La manera correcta de proceder en la estimación de ahorros debe comenzar siempre por la medición de los parámetros eléctricos. En este sentido, lo más importante es utilizar analizadores capaces de capturar pequeñas variaciones de energía en milisegundos, y registrarlas durante el mayor tiempo posible. La combinación de registros altamente precisos con el uso de software de simulación electrónica, permiten cuantificar los ahorros llegando a resultados bastante cercanos a la realidad. En definitiva, la electrónica de potencia permite a estos sistemas ser más versátiles, pudiendo ser utilizados como reguladores del factor de potencia, reguladores de voltaje en fábricas con suministro inestable y como dispositivos de ahorro energético en redes eléctricas muy dinámicas.


¿Qué trae la última generación de sistemas de compensación?

Conmutación mediante semiconductores o SCR.

Operación en tiempo real menor a un ciclo (16 milisegundos).

Control de voltaje.

Conexión en cruce por cero en voltaje y desconexión en cruce por cero de corriente, eliminando fenómenos transitorios.

Pre-seleccionar su sintonización.

Operar simultáneamente como reguladores de voltaje.

Operar simultáneamente con grupos electrónicos de emergencia.


Por Esteban Bilbao, Gerente Calidad de Energía de Moderna Corp. www.modernacorp.cl
Enero 2016
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