Los años 20 han de ser los años del gran cambio. En Europa se ha formalizado bajo el nombre de "The Great Green Deal" y nuestro país, después de las recientes declaraciones de emergencia climática, ha quedado en forma del Plan Nacional Integral de Energía y Clima PNIEC y de las Leyes de mitigación del cambio climático.

En todos estos documentos hay tres elementos comunes:

1. La mejora continuada de la eficiencia energética tanto de los aparatos como de los edificios y procesos industriales.
2. La electrificación de la demanda, sustituyendo usos energéticos basados en los combustibles fósiles que son los principales emisores de gases de efecto invernadero para electricidad mucho más diversificada y limpia.
3. Fuerte aumento de la penetración de las renovables en la generación de electricidad que permita la sustitución de las fuentes más contaminantes, com el carbón a corto plazo y el gas natural posteriormente.

A gran escala, tanto los parques eólicos como los parques solares han tomado el protagonismo del sector eléctrico ya que son las tecnologías que más se están instalando en el mundo desde hace ya unos años y no paran de crecer para acelerar la transición hacia un sistema de balance neutro en emisiones de efecto invernadero al que la mayoría de economías están apuntando para el 2050.

A pequeña escala es el autoconsumo el elemento que está contribuyendo a esta revolución energética. Poder generar la electricidad allí donde se necesita, poder consumir energia de proximidad, de km 0 que utiliza un recurso local, renovable y gratuito. Este paradigma es hoy una realidad gracias a los últimos decretos legislativos aprobados tanto por el gobierno de España como el de las diferentes autonomías que tienen competencia en materia de energía.

El último paso está a punto de llegar en forma de regulación del procedimiento de transferencia de información de datos de consumo y generación entre las empresas distribuidoras y las empresas comercializadoras de electricidad. Esta regulación permitirá la entrada en funcionamiento de la famosa compensación simplificada de energía.

La compensación simplificada permite valorizar económicamente la electricidad excedentaria de un sistema de autoconsumo generando un crédito que es descuento del coste de la energía de la factura del usuario del sistema de autogeneración. Este hecho permite aumentar la rentabilidad de las instalaciones que presenten excedentes, com es el caso de muchas instalaciones en el sector residencial.

Los siguientes avances que nos han de llegar son los que sucederán de la plena adopción del reglamento europeo de la guía para el balance de electricidad a través de la que se pondrán en marcha nuevas actividades económicas relacionadas con la electricidad, como los mercados de regulación de tensión y frecuencia, la agregación de la demanda o la venta de energía entre iguales.

Poder generar la electricidad que consume un mismo edificio es hoy en día técnica y económicamente factible y en los próximos meses lo será aún más, ya que las nuevas reglas permitirán al gestor o propietario del edificio decidir qué hacer con su generación, consumirla, acumularla o venderla a un tercero de forma que la amortización de la inversión realizada sea lo más corta posible mejorando los beneficios tanto a nivel económico como medioambientales.

Si a esta autoproducción de la energía le añadimos la posibilidad de utilizarla en la carga del propio vehículo el ahorro generado se multiplica dado que podemos estar consiguiendo la sustitución de combustibles que ronden los 10 € por cada 100 km por electricidad autoproducida a un coste no superior a 1 €.

El mejor elemento que muestra esta comunión entre generación neta y recarga de vehículo eléctrico es sin ningún tipo de dudas, la pérgola fotovoltaica, que permite cubrir áreas de estacionamiento al aire libre proporcionando sombra y generando la energía que los vehículos estacionado requieren para sus trayectos diarios de forma simple, económica y sin emisiones de contaminantes a la atmósfera ni a nivel local ni a nivel global.

En este sentido, CIRCUTOR presenta en la edición de la feria GENERA 2020 su nuevo diseño de pérgola solar con recarga de vehículo eléctrico totalmente integrada como producto estrella que ha de permitir hacer este tipo de instalaciones de forma mucho más sencilla y económica.

Los transformadores de núcleo partido TQ han sido diseñados para instalaciones ya en funcionamiento. Su instalación en dos pasos reduce las dificultades de instalación y le ahorra costes indirectos, evitando realizar una desconexión eléctrica.

Instalación en sólo dos pasos:

1. Instalar los transformadores de nucleo partido mediante apertura por botón
2. Cerrar la ventana del transformador y conectarlo al equipo de medida

• Sin programar una desconexión eléctrica
• Sin parar la producción
• Sin tener parados a los operarios
• Sin manipular una instalación eléctrica existente
• Sin desconectar los conductores eléctricos
• Sin reiniciar el sistema de producción

La presencia de este tipo de corrientes parásitas en las instalaciones eléctricas (tanto a nivel doméstico como a nivel industrial) ha aumentado en los últimos años debido a la creciente implementación de cargas conocidas como no lineales, que implican el uso de convertidores electrónicos para transformaciones CA-CC y CC-CA para su funcionamiento. Tras las transformaciones mencionadas, las cargas acaban consumiendo corriente con una forma de onda distorsionada.

Elementos tan comunes como los ordenadores requieren conversiones AC-DC

Gracias al matemático Jean-Baptiste Fourier se puede descomponer dicha forma de onda en una suma de corrientes con frecuencias múltiples de la frecuencia fundamental (50 – 60 Hz).

Se trata pues, de perturbaciones que se originan en las propias instalaciones, a diferencia de otros factores de calidad de red como podrían ser la amplitud, la frecuencia o la simetría, que suelen ser ocasionadas por el suministrador de energía.

Además de los mencionados efectos en la forma de onda en corriente, los armónicos en corriente provocan también un efecto de distorsión en la onda de tensión, debido a las caídas de tensión que se producen al circular dichas corrientes a través de la impedancia de las líneas y transformadores.

Dichas distorsiones se pueden medir mediante analizadores de redes y se cuantifican principalmente en porcentaje de distorsión o tasa de distorsión armónica (THD). A nivel internacional, existen normas que establecen los valores límite de distorsión armónica, que es importante minimizar porque sus efectos pueden repercutir en instalaciones próximas de otros usuarios (ver IEC-61000-2-2; 2-4; 3-2; 3-4; 3-12; IEEE-519-2014).

• Convertidores estáticos (grupos rectificadores, variadores de velocidad, arrancadores suaves, cargadores de baterías…)
• Equipos electrónicos monofásicos como ordenadores, impresoras, autómatas programables, etc. Internamente trabajan en corriente continua y disponen de un condensador de filtro y un rectificador a la entrada.
• Instalaciones de iluminación con lámparas de descarga.
• Hornos de arco y equipos de soldadura.
• Transformadores y reactancias con núcleo de hierro, cuya magnetización no es lineal.

Uno de los efectos más importantes de la distorsión en corriente causada por las cargas listadas es un aumento de la corriente eficaz en la red, que conlleva un aumento innecesario del consumo y problemas relacionados con el dimensionado de cables y transformadores.

Sobrecarga de conductores

El aumento de la corriente eficaz puede implicar que la corriente que vaya a circular por los conductores sea superior a la admisible de los mismos, siendo necesario aumentar la sección de estos, si no se había tenido en cuenta el efecto causado por las corrientes armónicas. Esta problemática puede resultar especialmente crítica para los conductores de neutro, ya que los armónicos triples (de orden impar múltiple de 3: 3, 9, 15), causados principalmente por cargas monofásicas, hacen que el retorno de las corrientes armónicas se produzca por el neutro sumándose entre ellas. Es esencial controlar el nivel de sobreintensidades en el neutro, ya que un calentamiento excesivo puede llevar a degradaciones importantes, llegando incluso a un corte del mismo si no se controla debidamente. El corte del neutro comportaría una sobretensión permanente en la red, destruyendo equipos que no estén protegidos contra esta situación.

Desclasificación de los transformadores

La presencia de armónicos en la red aumenta el valor de las pérdidas por histéresis y las pérdidas por corrientes de Foucault en los transformadores, incrementando su temperatura de funcionamiento y por consecuencia reduciendo su vida útil. Así pues, los transformadores afectados por corrientes armónicas sufrirán una desclasificación de la potencia (pérdida de capacidad) a la que pueden trabajar sin generar un calentamiento que exceda el normal.

Disparo de protecciones

La corriente eficaz que circula por los conductores puede verse importantemente alterada con el incremento de corriente debido a los armónicos de la instalación, pudiendo llegar a superar los límites térmicos de los interruptores automáticos y haciéndolos disparar. Aunque es más improbable, la presencia de armónicos puede llegar a provocar el disparo de los interruptores automáticos por protección magnética en el caso que el factor de cresta de la onda de corriente supere el límite de estos. Es frecuente encontrar factores de cresta elevados en cargas monofásicas como ordenadores o alumbrado de descarga. Las corrientes armónicas tienen un efecto indirecto sobre el disparo de interruptores diferenciales, ya que el hecho que circulen a través de un diferencial no producirá un disparo. En cambio, sí que implicará un comportamiento de la red aguas arriba del diferencial caracterizado por una elevada impedancia frente a las corrientes armónicas, propiciando que éstas circulen por capacidades parásitas o elementos capacitivos conectados a tierra (Filtros EMC), haciendo que aumente el nivel de fuga observado por la protección diferencial y provocando disparos intempestivos.

Resonancia y sobrecarga de baterías de condensadores

Los condensadores son elementos que pueden presentar resonancia en paralelo con el comportamiento inductivo del transformador y del cableado de alimentación de la instalación. Esta resonancia hace aumentar enormemente la impedancia del conjunto a una frecuencia determinada que variará en función de la potencia de la batería de condensadores o las condiciones de impedancia del sistema de alimentación. Debido a estas características de los elementos capacitivos, y en combinación con la presencia de armónicos en la red, se pueden producir dos fenómenos perjudiciales para la instalación:

• En primer lugar, se produce un aumento de la tasa de distorsión en tensión para toda la instalación donde se presenta la resonancia, pudiendo afectar al resto de cargas.
• Por otro lado, los mismos condensadores y otros elementos de la batería de condensadores como los elementos de maniobra pueden resultar dañados como consecuencia de su menor impedancia frente a corrientes armónicas y al elevado grado de distorsión en tensión, que provocará un aumento del consumo de corriente de los condensadores pudiendo llegar a quemarlos.

Distorsión en tensión

La distorsión en tensión es consecuencia del paso de corrientes armónicas por las impedancias que conforman los distintos elementos de distribución y alimentación de la instalación. La distorsión en tensión es especialmente relevante, pues unos niveles elevados pueden provocar malfuncionamientos de equipos en instalaciones, y por este motivo existen normativas en relación a los niveles de compatibilidad para este tipo de perturbaciones. La norma EN 50160 fija condiciones a cumplir tanto por parte del consumidor como por parte del distribuidor en el punto de acople (PCC), mientras que la norma 61000-2-4 establece unos límites máximos de distorsión para el correcto funcionamiento de diferentes tipos de cargas. En dicha norma se definen también diferentes clases de entorno. A modo de ejemplo, el límite de distorsión en tensión para la clase 1, que engloba cargas sensibles como automatismos, ordenadores, etc. se fija en un 5%. Esto significa que para valores superiores de distorsión este tipo de cargas pueden verse afectadas y operar de forma inapropiada.

Efecto sobre motores de inducción

Los motores de inducción verán aumentadas sus pérdidas como consecuencia del aumento de las corrientes parásitas. Adicionalmente, y en función de las secuencias de giro que inducen los campos magnéticos provocados por los armónicos en tensión, el motor puede experimentar aceleraciones (secuencia positiva), frenado (secuencia negativa), o ambos a la vez, provocando vibraciones y excentricidades que producen el desgate mecánico de sus componentes. El estudio de la desclasificación de los motores frente a la tasa de distorsión en tensión se recoge en las normas EN 60034-12 y NEMA MG1. En definitiva, los factores observados provocan una pérdida de par en el motor y una disminución de su rendimiento.

Perturbaciones de paso por cero

Muchos dispositivos electrónicos disponen de controladores que activan el funcionamiento de la carga con el paso por cero de la tensión. Esto se emplea para minimizar los picos de corriente de conmutación de muchas cargas inductivas, y minimizar su impacto a nivel de compatibilidad electromagnética. Ante una distorsión en tensión, el funcionamiento de dichos equipos puede ser totalmente erróneo, pudiendo hacer que se estropeen, entren en un bucle, se reseteen, etc.

La última novedad de Circutor en materia de filtrado de armónicos llega con el lanzamiento de los nuevos filtros activos AFQm. La serie AFQ se renueva con más posibilidades gracias a un diseño modular ahora más compacto, más ligero, más eficiente y con la garantía de calidad funcional de su antecesor AFQevo.

El principio de funcionamiento del filtro AFQm es la inyección de corrientes en contrafase a las corrientes armónicas circulantes en la red. El equipo mide la tasa de distorsión que llega y la compensa para obtener el mejor ajuste posible a una onda senoidal ideal, como ilustra la figura a continuación:

Principio de funcionamiento de un filtro activo

De esta forma se consigue un filtrado de alta precisión, contribuyendo a mantener un suministro eléctrico de calidad, que repercutirá en una mayor eficiencia y un mejor funcionamiento global de los elementos en la instalación, como se ha detallado en puntos anteriores de este artículo.

Debido a la elevada presencia de armónicos en las instalaciones eléctricas de la actualidad, los filtros activos AFQm tienen cabida en multitud de aplicaciones, especialmente en aquellas industrias en las que una alta calidad de la forma de onda sea indispensable.

Multifuncional

AFQm elimina los armónicos y cuida la calidad de suministro en tu instalación.

Filtro activo multifunción, con selección prioritaria entre las siguientes tareas:

• Filtrado de corrientes armónicas
• Equilibrado de fase
• Compensación de potencia reactiva.

Práctico

Instalación rápida y puesta en marcha en pasos sencillos.

Basta con realizar las conexiones a la red del filtro y los transformadores de medida, configurar el equipo a través de su pantalla táctil y proceder a su puesta en marcha. El propio equipo se cerciorará de que el arranque se puede realizar con seguridad gracias a un sistema de auto-diagnosis interno.

Interactivo

Su display a color permite tanto configurar el equipo como visualizar el estado de la instalación en tiempo real.

• Configuración del equipo de forma cómoda con un proceso guiado y claro. Para conseguir un funcionamiento óptimo del equipo es posible seleccionar individualmente los armónicos a filtrar.
• Solución de errores de conexionado: Ante un problema común como es la conexión errónea de los transformadores de medida, solamente se necesita acceder al menú configuración para corregirlo en pocos clics.
• Visualización en tiempo real: A través de la pantalla táctil también es posible visualizar en tiempo real el estado del filtro, las lecturas de los principales parámetros eléctricos, los diagramas fasoriales, formas de onda y el espectro de armónicos. La información se presenta de forma muy visual al usuario mediante gráficas y diagramas, para un reconocimiento instantáneo del comportamiento de la instalación y del equipo. En este sentido, el equipo proporciona información de los 5 segundos anteriores a la activación de una alarma para un control total sobre el estado de la instalación.

Modular

Encuentra la combinación que mejor encaja con tus necesidades de filtrado

La gama compacta AFQm consiste de 3 modelos de instalación en mural: 30A, 60A y 100A. En comparación con el modelo predecesor, los nuevos filtros activos son ahora más compactos, más ligeros y más silenciosos, y posibilitan un mayor número de combinaciones. Para instalaciones con necesidades de mayor capacidad de filtrado, se pueden instalar modelos de 100A en una disposición tipo armario, logrando armarios de hasta 400A. En este tipo de configuraciones, solamente uno de los módulos actuará de master, siendo este mismo el encargado de la gestión global del sistema de filtrado. De este modo, se consigue un ahorro significativo en transformadores de medida y en cableado eléctrico, requiriendo únicamente 3 transformadores de medida conectados al master y el cableado del bus CAN entre los módulos slave. En casos con una demanda de filtrado aún mayor, la función master-slave se puede extender hasta 100 unidades conectadas en paralelo.

Comunicable

Gestiona el equipo estés donde estés a través de PC o dispositivos móviles

AFQm incorpora comunicaciones Ethernet TCP/IP y Modbus TCP para una monitorización on-line a través de página web, desde la cual se pueden extraer datos en formato Excel por descarga directa (sin necesidad de software). Además, posibilita configurar el equipo de forma completa, con todas las funcionalidades de la configuración por pantalla, y permite realizar un seguimiento del estado del filtro en tiempo real y a distancia.

A modo de ejemplo, se podría poner el equipo en marcha a distancia, con personal in-situ solamente responsable de la instalación física del filtro, y realizar las tareas como la supervisión de forma remota. Así estaremos consiguiendo ahorrar en costes de desplazamiento de personal técnico al lugar de instalación, destinando este tipo de recursos cuando sea estrictamente necesario.

Trazable

Todos las lecturas quedan registradas en la memoria del equipo para no perderte ningún detalle

El filtro almacena lecturas con una periodicidad de un minuto y capacidad para 7 años de registro de datos gracias a su memoria interna de 2 Gb. Dichos registros podrán ser recuperados mediante comunicaciones para un análisis en profundidad del comportamiento de la instalación.

Seguro

El equipo integra todos los sistemas enfocados a minimizar sus necesidades de mantenimiento

AFQm dispone de una serie de sistemas que se encargan de garantizar la seguridad del filtro en funcionamiento:

• Sistema de protección para evitar el arranque si existe algún problema
• Sistema anti-resonancia: el equipo evita trabajar en frecuencias concretas en las que detecta resonancia
• Sistema de gestión térmica inteligente: regulación de la velocidad de los ventiladores y regulación de la potencia en condiciones de temperaturas elevadas
• Activación del modo seguro en caso de detección de fallo
• El equipo realiza tareas de autodiagnóstico del código y el hardware que lo ejecutan

Gestión remota

El sistema MYeBOX se diferencia de sus competidores en las novedades que presenta con respecto a su conectividad, que permiten gestionar equipos completamente de forma sencilla e intuitiva desde cualquier sitio mediante una aplicación móvil o desde la plataforma MYeBOX Cloud. Con estas herramientas, el usuario puede conectarse con el equipo de forma remota y verificar el conexionado, la configuración del equipo, parametrizar los periodos de registro deseados, activar y configurar la detección de eventos de calidad o transitorios, las alarmas e incluso iniciar o detener el registro de los datos. La posibilidad de poder ver los parámetros medidos por el equipo de forma remota en un terminal móvil, permite al usuario poder detectar errores en la instalación, errores de configuración del equipo y corregirlos de forma inmediata. Esto le supone un ahorro importante en desplazamientos y en tiempo ya que con otros dispositivos estos errores únicamente se detectan después de descargar los datos, lo que obliga al usuario a realizar varios desplazamientos a la instalación y repetir la medida.

Versatilidad

Una de las prestaciones más relevantes de MYeBOX es que permite modificar por firmware el conexionado del equipo, ¿qué ventajas tiene esto? Si el usuario, después de dejar el equipo en la instalación, observa que los parámetros medidos por el equipo no son correctos debido a una mal conexionado, puede detener el registro, modificar remotamente el cableado del equipo y reiniciar el registro de nuevo, ahorrándose un desplazamiento sin tener que repetir la medida

Solución única para medidas simultáneas

Gracias a que permite una configuración remota, se pueden sincronizar los relojes internos de los equipos desde el terminal móvil o desde la plataforma web, lo que asegura que todos los equipos que están registrando de forma simultánea en una instalación, tienen la misma marca de tiempo en sus registros. Esto es imprescindible a la hora de poder determinar las consecuencias o efectos que provoca una perturbación en el resto de la instalación. Si los equipos que están midiendo no están sincronizados, es imposible sacar conclusiones causa/efecto.

Gestión remota

Una de las necesidades más frecuentes de una auditoría energética es la de tener que realizar distintas medidas en distintos puntos de una misma instalación. Generalmente, esta necesidad obliga a desplazamientos, normalmente largos y costosos, a las instalaciones en las que se encuentran midiendo los equipos para detener el registro, instalarlos en el nuevo punto de medida y volver a iniciar el registro. MYeBOX permite detener el registro de los datos de forma remota y solicitar a cualquier persona de mantenimiento de la empresa (cualificada y siguiendo las pautas de seguridad) que realice el cambio de ubicación del equipo. Una vez el equipo se encuentra en la nueva ubicación, podemos revisar de forma remota el correcto conexionado del equipo, revisar la configuración e iniciar de nuevo el registro de los datos.

Análisis múltiple

Con un analizador convencional, el usuario está obligado a configurar un periodo de registro que se aplica todas las variables. Esto, aunque no parece relevante, penaliza al usuario ya que para poder hacer una auditoría energética y poder aplicar la EN50160 el registro que debe seleccionar el usuario es de 10 minutos, ¿pero qué sucede si además necesita registrar algunas variables por ejemplo la tensión y la corriente cada segundo? Pues que no puede hacerlo de forma simultánea. Debe hacer un nuevo registro seleccionando esas variables con periodo de un segundo. MYeBOX es un equipo preciso y completo hasta el punto que en un mismo registro permite al usuario realizar varios tipos de análisis de la instalación. ¿cómo es posible?. Es el único analizador del mercado que permite "per se" configurar distintos periodos de registro para distintas variables o grupos de variables. Es posible configurar el registro de variables como la tensión y la corriente cada segundo mientras otras variables se registran cada 10 minutos.

Alarmas

MYeBOX permite la configuración de algunas alarmas asociadas a valor de algunas magnitudes eléctricas medidas por el equipo. Estas alarmas se pueden enviar por correo electrónico a los distintos usuarios de ese analizador, realizando un control activo sobre la instalación.

De esta forma MYeBOX es capaz de adaptarse a cualquier requerimiento para ayudar a los instaladores y responsables de mantenimiento a tomar las decisiones correctas en el momento adecuado, ahorrando tanto en costes indirectos como directos de la forma más ágil y eficiente.

La particularidad de la compensación de energía reactiva en redes que presentan significativos niveles de distorsión armónica, tanto en tensión como en corriente, es un tema cada vez más conocido por los responsables de prescribir la batería de condensadores apropiada para cualquier instalación eléctrica.

De manera general, la mayoría de fabricantes de baterías automáticas de condensadores incorporan en su catálogo equipos diseñados para su uso en redes con distorsiones armónicas de cierto nivel. CIRCUTOR, en particular, ofrece una completa gama de baterías automáticas de condensadores, tanto con maniobra por contactores como por tiristores, así como de grupos de compensación fijos, equipados con filtros de rechazo (también conocidos como filtros desintonizados) con una sintonía de 189 Hz (en redes de 50 Hz), correspondiente a un factor de sobretensión de p = 7 %.

Esta sintonía de 189 Hz es el estándar escogido por CIRCUTOR, pues ofrece una solución adecuada y efectiva para la gran mayoría de las instalaciones que requieren una batería equipada con filtros de rechazo, al ser apropiada para la presencia de armónicos de orden 5 (250 Hz en redes de 50 Hz) o superior, que son los habitualmente generados por las más habituales fuentes de corrientes armónicas, esto es, cargas trifásicas equipadas con un puente rectificador de 6 pulsos en su entrada: variadores de velocidad o frecuencia, rectificadores AC/DC, hornos de inducción,…

Para el caso, bastante menos habitual, de predominio de armónicos de orden 3 (150 Hz en redes de 50 Hz), se ofrece de manera optativa el montaje de filtros de rechazo sintonizados a 134 Hz (factor de sobretensión de p = 14 %).

• ¿Supone entonces esta estandarización en la frecuencia de resonancia de 189 Hz, que la elección de la batería de condensadores debe efectuarse simplemente escogiendo la de potencia necesaria entre los modelos estándar?
  La respuesta es sencillamente: no.

• ¿Existe entonces algún error en haber elegido esta frecuencia de 189 Hz como la estándar?
  La respuesta vuelve a ser sencillamente: no.

La respuesta a esta pregunta requiere de un breve repaso del principio de funcionamiento de los filtros de rechazo. Si observamos la gráfica de impedancia-frecuencia de un conjunto serie reactancia-condensador con p = 7 % (Fig. 1), vemos que ofrece la menor impedancia a 189 Hz, y la impedancia aumenta paulatinamente a ambos lados de ésta, con la particularidad, que la impedancia es de carácter capacitivo en frecuencias menores a 189 Hz, y de carácter inductiva, para frecuencias superiores.

"Es precisamente ese carácter inductivo ante las frecuencias armónicas de orden 5 ó superior la que evita la posibilidad de que se produzca un fenómeno de resonancia a alguna de dichas frecuencias."

Pero también constituye un parámetro clave para el correcto funcionamiento del filtro de rechazo, el valor de dicha impedancia a las diferentes frecuencias armónicas, así como lo es el valor de la impedancia de cortocircuito en el punto de conexión de la batería a la red (Xcc en PCC).

Fig. 1 Respuesta en frecuencia de un filtro de rechazo con p = 7 % (189 Hz)

En una red equipada con un filtro de rechazo, con un diagrama unifilar y un esquema equivalente como los reflejados en la Fig. 2, lo habitual es que la impedancia de cortocircuito (Xcc) en el punto de conexión de la batería a la red (PCC) sea significativamente inferior a la impedancia de cada escalón de la batería de condensadores, de manera que la absorción por parte de cada escalón de las corrientes armónicas circulantes por la red debe ser relativamente baja comparada con la que circula hacia la red, pues ése es el camino de menor impedancia.

Pero la situación puede cambiar en el caso de redes donde el valor Xcc sea alto, es decir, en redes donde la potencia de cortocircuito (Scc) en el PCC sea bajo. A este tipo de redes se les conoce también con la denominación de redes blandas.

Fig. 2 Diagrama unifilar y Esquema equivalente de una instalación equipada con filtro de rechazo

Instalaciones que pueden ser susceptibles de presentar esta situación son aquéllas donde la potencia de cortocircuito en la red de distribución de Alta Tensión sea baja en el punto de acople de la red de baja tensión, o bien están alimentadas por un transformador de potencia con un valor de factor K (factor de sobrecarga de armónicos) no adecuado, por defecto, al contenido armónico de las cargas que está alimentando, o bien existen tramos largos de cables entre la salida del transformador y el PCC de la batería a la red, implicando una alta impedancia en dicho tramo.

En estos casos, el efecto más habitual que se presenta es el aumento de las corrientes armónicas absorbidas por los escalones de la batería de condensadores. Este aumento puede llegar a ser en algunos casos muy importante, sobrecargando de manera severa a los condensadores y reactancias que componen cada filtro de rechazo, y acelerando, especialmente en el caso de los condensadores, su deterioro, normalmente en forma de disminución de su capacidad. Esa disminución de la capacidad incrementa incluso la absorción de corrientes armónicas, pues, como puede deducirse de la fórmula que determina la frecuencia de resonancia (Fig. 1), una disminución de la capacidad implica un aumento de la frecuencia de sintonía, de manera que ésta se acerca aún más a las frecuencias armónicas presentes en la red (recordemos que generalmente es la de orden 5 la predominante), reduciendo así la impedancia a dicha frecuencia y, por consiguiente, incrementando el consumo de corrientes de dicha orden.

En otras palabras, el filtro desintonizado pasa a tener un comportamiento más similar al de un filtro sintonizado o filtro de absorción, pero al no haber sido diseñado para dicho uso, se sobreexcede su capacidad, provocando su deterioro.

Se suma además a este efecto, el hecho de que las redes con valores bajos de Scc, suelen presentar, en el caso de que haya una circulación elevada de corrientes armónicas, altos niveles de distorsión armónica (THD(U)), lo que supone un elemento más que contribuye en el aumento de la corriente armónica absorbida por los condensadores.

En definitiva, una solución adoptada para impedir que la instalación de una batería de condensadores afecte a la red y, a su vez, se vea la misma afectada, por la existencia de armónicos en la red, puede no proporcionar los resultados esperados, con la consiguiente problemática tanto a nivel técnico como comercial que ello, sin duda, conllevará.

¿Qué opción podemos considerar entonces a la hora de plantear una compensación de reactiva por medio de una batería con filtros de rechazo en ese tipo de instalaciones?

El primer punto sería obviamente determinar si la instalación a ser compensada puede o no ser del tipo expuesto, es decir, una red blanda. Desafortunadamente no hay un método infalible y simple de hacerlo, pero si que hay una serie de condicionantes que pueden ayudarnos a una determinación con un grado razonablemente alto de acierto. Los principales son los que se enumeran a continuación:

• Se observa una sensible disminución del valor de la tensión entre la condición de vacío (sin carga) y de plena carga, y el nivel de distorsión armónica en corriente (THD(I)) es superior a un 15 % en condiciones de plena carga.
• El nivel de distorsión armónica en tensión (THD(U)), en el punto donde va a conectarse la batería de condensadores, es de un valor superior a un 3 % en condiciones de vacío de la instalación.
• El nivel de distorsión armónica en tensión (THD(U)), en el punto donde va a conectarse la batería de condensadores, es de un valor superior a un 6 % en condiciones de carga normal de la instalación.

En el caso de que se cumpla alguna o varias de las anteriores situaciones, es altamente aconsejable la prescripción de una batería de condensadores equipada con filtros de rechazo con una sintonía diferente a la estándar de 189 Hz (siempre, naturalmente, en el supuesto de que los armónicos presentes en la red sean de orden 5 ó superior).

¿Qué sintonía es entonces la aconsejada?

CIRCUTOR propone para estos casos una sintonización en un valor de 170 Hz, correspondiente a p = 8,7 %, que confiere altos niveles de protección a la batería de condensadores al ser instalada en redes de la mencionada tipología.

¿Qué conseguimos con ese cambio de sintonía?

Recordando la gráfica de la respuesta en frecuencia de un filtro de rechazo (Fig. 1), se observa que al disminuir la frecuencia de resonancia, se aumenta la impedancia que el filtro presenta a los armónicos de orden 5 ó superior, por tanto, reducimos significativamente la posibilidad de altos consumos de dichas corrientes armónicas. Además, este cambio de sintonía se acompaña además del uso de condensadores de tensión nominal superior a los utilizados en los filtros estándar de p = 7 %, y del uso de reactancias con un valor de inductancia (mH) también superior a los estándar. Todo ello resulta en una batería de condensadores sensiblemente más robusta que su análoga en potencia con p = 7 %.

A continuación se describe un caso real, donde la aplicación de dos baterías de filtros de rechazo, con maniobra por tiristores, y conjuntos reactancia-condensador sintonizados a 170 Hz, ha permitido conseguir una perfecta compensación de la red y, adicionalmente, ha mejorado ostensiblemente la calidad de suministro (calidad de la tensión) en dicha red.

La instalación corresponde a un funicular de la ciudad de Barcelona, cuyo esquema unifilar simplificado es el mostrado en la Fig. 3.

Fig. 3 Esquema unifilar simplificado de la instalación de un funicular de la ciudad de Barcelona

Fig. 4 Instalación del funicular. La batería de condensadores se observa a la izquierda de la foto

Este tipo de instalaciones presentan claramente una sintomatología similar a la expuesta para determinar si son o no susceptibles de presentar problemas en el caso de que se instale una batería de condensadores con filtros de rechazo convencional, pues suelen situarse lejos de la subestación en alta tensión que los alimenta, con una distancia entre el transformador MT/BT y la principal carga, en este caso, el convertidor de potencia y el motor de accionamiento, habitualmente de varios metros y, con la existencia, precisamente, de un convertidor de potencia que hace que el nivel de distorsión armónica en corriente sea bastante elevado.

La Fig. 5 muestra la evolución de las potencias activas y reactiva inductiva (periodo de integración de 1 s) en uno de los dos transformadores de la instalación. La batería de condensadores, que corresponde es un equipo de CIRCUTOR, con maniobra por tiristores, de 6 x 55 kvar / 500 V / 50 Hz / p = 8,7 %, está desconectada.

Fig. 5 Evolución de la Potencia Trifásica Activa Generada (rojo), Potencia Trifásica Activa Consumida (verde), y Potencia Reactiva Inductiva Consumida (morado y azul)

La Fig. 6 denota con claridad la influencia en la tensión de la red del valor de la corriente que suministra el transformador, otro claro síntoma de red blanda.

Fig. 6 Evolución de la Tensión entre fases L1 y L2 (azul) y de la Intensidad de la Corriente en L1 (verde) en el Punto A

La Fig. 7 presenta la evolución de los niveles de distorsión en tensión THD(U), significativamente altos en los momentos de mayor consumo de intensidad de corriente por parte del convertidor de potencia.

Fig. 7 Evolución de la distorsión armónica en tensión por fase en el Punto A

Fig. 8 Formas de onda de la tensión y la corriente en los momentos de máximo consumo del convertidor

La Fig. 9 muestra la evolución de las potencias activas y reactiva inductiva (periodo de integración de 1 s) en uno de los dos transformadores de la instalación. La batería de condensadores se encuentra ya en funcionamiento.

Fig. 9 Evolución de la Potencia Trifásica Activa Generada (rojo), Potencia Trifásica Activa Consumida (verde), y Potencia Reactiva Inductiva Consumida (morado y azul)

La Fig. 10 muestra como la reducción del valor de la corriente que debe suministrar el transformador reduce muy sensiblemente las variaciones de la tensión en la red, mejorando la calidad de suministro.

Fig. 10 Evolución de la Tensión entre fases L1 y L2 (azul) y de la Intensidad de la Corriente en L1 (verde) en el Punto A

La Fig. 11 presenta la evolución de los niveles de distorsión en tensión THD(U) cuando el equipo de compensación de reactiva está en funcionamiento. Comparando dichos valores con los de la Fig. 7, puede observarse una sensible reducción de las tasas de distorsión armónica en tensión (alrededor de un 40 % para los valores máximos). La conexión de la batería tiene un doble efecto reductor de dichas tasas, efecto causado tanto por la absorción de cierto porcentaje de la corriente armónica generada por el convertidor por parte de los condensadores (en este caso, sin suponer riesgo en éstos al tratarse de un equipo reforzado para dicha situación), como por la reducción de la corriente que circula entre la salida del transformador de potencia y el PCC, lo que disminuye de manera importante la caída de tensión armónica en dicho cable, así como reduce las propias pérdidas internas en el transformador. En definitiva, la calidad de la tensión en la red, si bien sigue presentando niveles de distorsión elevados, mejora hasta valores más tolerables, repercutiendo en una sensible mejoría de la calidad de suministro eléctrico en la instalación, minimizando así el riesgo de malfuncionamiento del equipamiento.

Fig. 11 Evolución de la distorsión armónica en tensión por fase en el Punto A

La continuidad en el suministro eléctrico va estrechamente relacionada con los sistemas de protección, otro aspecto fundamental en toda instalación eléctrica. Los equipos de protección son los responsables de las interrupciones de suministro originadas en nuestra propia instalación, pudiendo afectar varias líneas dependiendo de qué elemento de protección se trate.

Idealmente, las protecciones deberían disparar siempre que exista un riesgo para la integridad de las personas en interacción con las instalaciones o para la maquinaria conectada a la red. Dicho esto, no siempre que se produce un disparo de las protecciones se debe a una amenaza real, sino más bien a una perturbación transitoria sin efectos relevantes en la instalación, y es precisamente en esta clase de situaciones en las que confluyen los propósitos de la protección y la continuidad en el servicio.

A raíz de la creciente demanda de soluciones enfocadas a asegurar la continuidad de servicio, se han desarrollado equipos capaces de mantener las instalaciones en funcionamiento permanente sin comprometer la seguridad de las personas y la maquinaria. Los dispositivos de protección con reconexión automática son los encargados de restablecer el servicio cuando no suponga un riesgo. Gracias a ellos, se evitarán (además de las pérdidas productivas inherentes al paro del suministro eléctrico) inconveniencias, gastos innecesarios y pérdidas de tiempo para realizar un accionamiento manual de los interruptores, ya que en algunos casos se encuentran en ubicaciones remotas o de difícil acceso.

Su ámbito de aplicación es realmente amplio, pues estos dispositivos encajan en todas aquellas instalaciones que pretendan conseguir un compromiso entre seguridad y continuidad de servicio en instalaciones aisladas con un nivel de supervisión bajo.

Industria de telecomunicaciones

Los centros de comunicaciones de compañías telefónicas, radiofónicas y de televisión se encuentran frecuentemente en puntos elevados como colinas y zonas montañosas para maximizar su área de cobertura. En días de condiciones meteorológicas con gran actividad eléctrica, la caída de un rayo en las proximidades de dichos centros podría provocar el disparo de la protección diferencial. Este evento, sin tratarse de una fuga permanente en el sistema, podría dejar inoperativo el centro de comunicaciones hasta la llegada de un supervisor para el accionamiento del interruptor. Teniendo en cuenta la cantidad de afectados por este tipo de situaciones, las pérdidas económicas para las compañías de telecomunicaciones pueden ascender hasta cantidades de decenas de miles de euros por minuto.

A este coste habría que añadirle la inconveniencia y los gastos asociados al desplazamiento de un técnico hasta la zona para descubrir que no existen afectaciones importantes en la instalación.

Sistemas de alumbrado público y gestión del tráfico

El orden en las grandes ciudades depende en gran medida de la gestión de su tráfico. La correcta sincronización de los semáforos y los sistemas de señalización como paneles luminosos juagan un papel clave en la fluidez de la circulación en las grandes metrópolis. Un colapso en el sistema de gestión de los elementos de control del tráfico supondría un auténtico caos, causando accidentes o llegando a atascar por completo las zonas más concurridas.

De forma similar, la mayoría de los sistemas de alumbrado público tienen un funcionamiento autónomo y de difícil supervisión dada la presencia de postes de iluminación en gran cantidad de puntos distribuidos por el territorio. Como en el caso de la gestión del tráfico, disparos intempestivos en esta clase de instalaciones supondrían un gran número de afectados y cierto riesgo para la seguridad en la vía pública.

Sistemas de distribución de agua y gas

Algunas fases del suministro de agua y gas tienen lugar en ubicaciones donde la geografía del territorio puede ser un inconveniente importante a la hora de restablecer el servicio. Además, los tiempos de reacción lentos característicos de las grandes compañías podrían constituir un agravio determinante en la afectación de los cortes.

Empresas del sector alimentario

Trasladando la problemática a otros sectores como el alimentario, encontramos una industria con un requerimiento de continuidad de servicio muy estricto. Imaginemos el caso de grandes supermercados: este tipo de establecimientos no pueden permitirse interrupciones de suministro prolongadas en las líneas donde tienen instaladas las cámaras frigoríficas, ya que afectaría el estado del producto almacenado, pudiendo incluso obligar a descartar grandes cantidades de género.

Desarrollado para la continuidad

RECmax CVM incorpora un motor eléctrico destinado a accionar el interruptor a la hora de realizar las reconexiones. Las preferencias relacionadas con el rearme (sensibilidad, retardo, número de reconexiones, tiempo entre reconexiones, tiempo de reset) son programables y permitirán recuperar la operatividad de forma completamente autónoma.

La protección sigue siendo una prioridad

RECmax CVM cuenta con protección contra sobretensiones y cortocircuitos, así como protección diferencial ante fugas en la instalación. El equipo asegura la seguridad de la instalación en todo momento.

¿Y las siglas CVM?

RECmax CVM incluye medida de más de 250 parámetros eléctricos para un mayor control sobre el comportamiento de la instalación. A través de su display, conseguiremos visualizar las variables más relevantes de nuestra instalación, como tensiones, corrientes, potencias, distorsión armónica, factor de potencia... así como parámetros significativos de las protecciones: estado de las protecciones, fuga en tiempo real, número total de disparos o número de disparos por tipo de protección. El equipo logra una navegación a través de los diferentes menús a través de su teclado, mediante el cual también es posible configurar distintos parámetros referentes a la reconexión: sensibilidad, retardo, número de reconexiones, tiempo entre reconexiones, tiempo de reset.

Ahorre tiempo, espacio y dinero

El sistema Plug&Play de RECmax CVM reduce el tiempo de instalación para conseguirlo en cuestión de pocos minutos. Se incluyen en el kit tanto los transformadores de medida eficientes MC como el sensor diferencial WGC, a través de los cuales solamente es necesario pasar los cables de potencia y conectarlos al equipo mediante los bornes de conexión enchufables. El cableado descrito es todo lo necesario para la puesta en marcha del RECmax CVM, ya que está autoalimentado a través de una conexión interna con el magnetotérmico.

Ocupando tan sólo 7,5 módulos en el caso del modelo de 4 polos y 5,5 módulos en el caso del modelo de 2 polos, RECmax CVM se convierte en un dispositivo compacto apto para instalación en cuadros eléctricos con un espacio disponible limitado.

La aplicación equivalente con los equipos por separado ocuparía 3 módulos más y costaría un 25% más.

Ultrainmunizado

El sistema ultrainmunizado, presente en otros productos de la gama de protección diferencial de Circutor, ofrece las siguientes ventajas:

• El salto de la protección diferencial se produce a partir del 85% del valor límite de fuga, cuando realmente supone un riesgo para la instalación y sus usuarios.
• Inmunidad frente a corrientes de alta frecuencia
• Inmunidad ante variaciones transitorias en la red

Control de la instalación

Gracias al puerto de comunicaciones RS-485 es posible añadir RECmax CVM a sistemas SCADA para una gestión remota del dispositivo, posibilitando un análisis en profundidad de las lecturas del equipo, así como su configuración a distancia. El equipo dispone de dos salidas digitales configurables, muy útiles para el control de alarmas u otros sistemas externos.

La monitorización del equipo permite asimismo conocer en todo momento el estado del dispositivo de protección y actuar sobre él de forma remota.

El display retroiluminado, manteniendo la esencia de otros equipos de la casa, permite una supervisión instantánea del estado de las protecciones. En caso de disparo, la pantalla (normalmente verde) cambia a color rojo para poder detectar fallos en la instalación a golpe de vista, mostrando el valor de la corriente que ha originado el disparo.

Polivalencia

RECmax CVM se ofrece en versiones de 2 o 4 polos, dando respuesta a todo tipo de instalaciones. Además, es posible elegir dentro de la gama entre un rango de corrientes desde 6A hasta 63A y curva de disparo C o D.

RECmaxCVM garantiza la continuidad eléctrica ante disparos intempestivos

Ahorra energía con RECmaxCVM

El sistema Plug&Play del RECmaxCVM permite ahorrar tiempo y espacio