En la industria y en grandes áreas
comerciales, es muy conocido como afecta a la calidad de la energía la elevada
presencia de cargas contaminantes:
- Aumento del consumo de energía
- Incremento de perturbaciones en las redes y
equipos eléctricos
- Aparición de resonancia cuando se combinan
condensadores con armónicos de orden 3
- Aumento de la corriente en el neutro.
- Tensiones elevadas del neutro a tierra,
inaceptables para la instalación y la seguridad.
- Aumento de pérdidas y sobrecalentamiento en
cables, transformadores, motores.
- Funcionamiento anómalo de equipos electrónicos
de protección, control y proceso
- Envejecimiento prematuro de la instalación.
- Etc.
¿Cómo
afrontar la contaminación armónica?
Inconvenientes
de los filtros pasivos:
Las soluciones que se han tomado habitualmente
consistían en atenuar el problema con filtros pasivos, un método cada vez menos
utilizado en las instalaciones de baja tensión debido a que su efectividad es
muy relativa, su funcionamiento depende de la impedancia de la fuente de
energía y la de las cargas implicadas.
En instalaciones donde los ciclos de carga son
muy variables o se producen
modificaciones, estos filtros resultan inoperantes e incluso pueden provocar
fenómenos perjudiciales para la instalación, como la elevación de la tensión debido
a un importante aporte capacitivo cuando las cargas se reducen o fenómenos de
resonancia debido a la combinación de inductancias y condensadores.
Igualmente, cuando la instalación trabaja en
emergencia con un grupo electrógeno, la impedancia de la fuente se reduce
generando armónicos de consecuencias más negativas y efectos mayores que cuando
el suministro es de la red, aumenta considerablemente la intensidad armónica
del rango con el que está sintonizado el filtro, dando lugar a su destrucción por
funcionar con intensidades superiores a su nominal.
Debido a la proliferación de equipos
electrónicos en las instalaciones, los armónicos de frecuencias más altas son
los que están planteando cada vez mayores problemas, en cambio, los filtros
pasivos se han utilizado sólo para limitar los armónicos de orden menor.
Filtros activos, solución para mejorar la
calidad de las redes eléctricas
Los inconvenientes apuntados anteriormente explican
la tendencia mundial a abandonar las soluciones de filtrado pasivo en favor de
soluciones de filtrado activo en aplicaciones de baja y media tensión.
Los filtros activos representan una solución fiable y
rentable a este problema, dado que supervisan continuamente la intensidad en
tiempo real para determinar la presencia de armónicos e inyectar corrientes
armónicas en la red con una fase exactamente opuesta a la de los componentes
que van a filtrarse. Los dos armónicos se anulan entre sí de modo que la onda
sinusoidal queda limpia en la instalación.
Los filtros activos no funcionan conforme al
principio convencional de baja impedancia utilizado por los filtros pasivos,
permanecen inalterables ante los cambios en los parámetros de la red y no pueden
sufrir sobrecargas.
Además, los filtros activos:
- Pueden predefinir los requisitos del usuario
para cada armónico (por ejemplo, para adaptarse a los límites de cada armónico establecidos
por la normativa).
- Pueden seleccionarse armónicos individuales
para permitir un uso óptimo de los recursos del filtro (por ejemplo, no es
necesario filtrar el quinto armónico si este ya ha sido filtrado por otro dispositivo).
- Es posible establecer y conservar objetivos precisos
para el cos ϕ. Esto permite que los filtros activos funcionen en aplicaciones en
las que es necesario controlar con precisión el factor de potencia, para evitar
perturbaciones en la instalación (por ejemplo, desconexión de un generador).
- Pueden compensar tanto las cargas inductivas
como las capacitivas.
- Puede aplicarse un equilibrado preciso de
cargas permitiendo la descarga de los sistemas neutros, posibilitando de esta
forma que la tensión del neutro a tierra se mantenga en los niveles mínimos. Además,
puede garantizarse el equilibrado de la carga de, por ejemplo, un UPS.
Aplicación
de los filtros activos, ejemplo práctico:
Este ejemplo examina la calidad de la energía a
bordo de un buque.
El buque en cuestión dispone de una central
eléctrica con dos generadores de 600 kVA cada uno. Las cargas principales son
dos unidades de propulsión con accionamiento de CC. Antes de la compensación,
la THDI estaba cercana al 25% y la THDV correspondiente era de aproximadamente
el 22%.
El factor de potencia (cos ϕ) de la
instalación estaba en torno al 0,76. El consumo de combustible habitual del
buque estaba entre 14.000 y 15.000 litros al mes.
Los requisitos del cliente eran los
siguientes:
- Reducir la contaminación de armónicos a niveles
aceptables para evitar problemas técnicos con las unidades de propulsión.
- Realizar la compensación de la energía reactiva
sin riesgo de sobrecompensación.
Por esta razón, se seleccionaron y se
instalaron filtros activos con los que se resolvieron los problemas técnicos y
hubo margen para ahorrar aproximadamente un 10% de los costes de combustible.
En términos anuales, el ahorro de combustible
del buque fue de 18.000 litros.
La razón principal es que uno de los
generadores podía desactivarse con mayor frecuencia gracias a la mejor calidad de
la red.
Fuentes:
Filtros
activos PQF de ABB
Revista ABB, artículo: Una mejora activa de la
calidad
Disponible en pdf en la siguiente URL:
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