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Selección de baterías de condensadores

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Cuando la solución más económica puede ser la más cara

Fácilmente cualquier técnico con un mínimo de conocimientos eléctricos es capaz de determinar o calcular la potencia de compensación de energía reactiva. La práctica más habitual es a través de “una” factura eléctrica. Remarcamos lo de “una” ya que aquí se puede iniciar una serie de errores que pueden acabar, por desgracia cada vez más, en unos costes muy superiores a los que supondrían determinar una batería de forma correcta.

El cálculo de la potencia reactiva a compensar mediante facturas eléctricas nos proporciona una aproximación bastante correcta sobre qué orden de magnitud nos encontramos, nuestro punto de partida. En estos casos es importante asegurar que dichos cálculos se realicen con el máximo número de facturas, ya que puede existir un fuerte efecto de temporalidad que podemos pasar por alto (Ejemplo: Oficinas u Hoteles, consumos totalmente diferentes en verano que en invierno).

Como hemos mencionado anteriormente debe ser nuestro punto de partida, pero también debemos tener en cuenta otros factores que no se ven reflejados en la factura eléctrica, y que son de vital importancia para una correcta compensación:

  • Rapidez de fluctuación de la demanda.
  • Equilibrado del sistema.
  • Niveles de distorsión armónica.

Nos centraremos en este último, ya que cada vez es más común encontrar redes con distorsión armónica.

Cuando realizamos una compensación de potencia reactiva inductiva, es lógica la incorporación de una batería de condensadores en paralelo para atenuar dicha demanda con el fin de aproximar la potencia aparente demandada (kVA) a una potencia activa (kW) que realmente se emplea para realizar un trabajo útil. Este concepto tan simple lo podemos resumir como un circuito paralelo entre una inductancia (L – Transformador y Red) y una capacidad (C – Batería de condensadores).

esquema y curva de resonancia

Si pudiéramos observar la respuesta a la frecuencia de dicho sistema veríamos que a una frecuencia fR la impedancia del sistema es mucho mayor que el de su comportamiento normal.

Como hemos dicho anteriormente en las instalaciones de hoy en día existen cada vez mas cargas cuya demanda no es lineal provocando una mayor distorsión en corriente armónica en la instalación, y a su vez también en tensión.

Tipos de cargas   

1. Rectificador
2. Soldadura por arco
3. Variador de velocidad
4. SAI
5. Lámparas de descarga
6. Ordenadores

La existencia de corrientes cuya frecuencia es superior a la fundamental a 50 ó 60 Hz, hace que se puedan cumplir las condiciones de resonancia anteriormente descritas. Esto comportara básicamente en:

  • Amplificación de la distorsión en tensión para toda la instalación (puede afectar a equipos y elementos eléctricos sensibles)
  • Mayor absorción de corriente por parte de los condensadores, con su consecuente sobrecalentamiento, reducción de su capacidad y vida útil, y en algunos casos la destrucción del condensador.

Dichos todos estos argumentos y efectos los vamos ilustrar en un ejemplo real.

Instalación ubicada en España, cuya actividad se enmarca en el sector de la metalurgia (tratamiento de piezas metálicas). En esta instalación consta de un transformador de 1000 kVA, diferentes subcuadros con maquinas rotativas (tornos, cintas transportadoras, elevadores, etc.) y de servicio (oficinas, almacén de expediciones, vestuarios, etc.).

El técnico de mantenimiento encargado de esta empresa, comprobando que el nivel de recargo por consumo de energía reactiva era importante, calculó a partir de “una” única factura eléctrica cual era la potencia de la batería a instalar sin tener en cuenta cualquier otro factor.

Optó por comprar una batería de condensadores convencional maniobrada por contactores de 150 kvar.

Tras conectar la batería, al cabo de dos semanas, observó que salía humo de la batería con el resultado de dos condensadores inservibles, además de la alarma que causó en el centro de trabajo próximo. Repusieron al cabo de una semana los condensadores, volviéndose a reproducir al poco tiempo el mismo efecto, conjuntamente con disparos de algunas protecciones de subcuadros menores como vestuarios, en maquinarias auxiliares y en almacén de expediciones. Volvieron a reponer los condensadores estropeados, esta vez por condensadores reforzados a 460 V, y volvió al poco tiempo a suceder lo mismo. Finalmente optaron por desconectar la batería de condensadores, suponiendo por tanto volver a pagar un recargo por energía reactiva.

El técnico de mantenimiento de la empresa solicitó a CIRCUTOR, como empresa líder en compensación de energía reactiva, para que tratáramos de averiguar que sucedía con esa batería de condensadores. Se procedió a realizar unas mediciones básicas en cabecera de la instalación. Estas mediciones son simplemente medir sin y con la batería conectada (siempre con la instalación en carga).

Esquema de THD (U)% y THD (I)% indicando con y sin batería conectada
Esquema de THD (U)% y THD (I)% indicando con y sin batería conectada

Aunque el sistema denotaba un nivel de distorsión en corriente relativamente bajo (7-8% de THDI% con XX A), pero en cambio el nivel en tensión no era nada despreciable (3,3% de THDV%). Por experiencia propia empírica, el riesgo de que un sistema pueda entrar en resonancia es del orden de un 15% de THDI% y un 2% de THDV% (no hay nada estipulado al respecto).

Fuimos entrando manualmente cada uno de los condensadores, y observamos cómo el incremento de THDV% era sustancial. Este es un indicador evidente de que se está produciendo una resonancia paralelo. Con toda la batería conectada se alcanzaron valores del 80% de THDI% a plena carga en fábrica, y de un 23% de THDV%. Para que se hagan la idea, el límite que establece la calidad de suministro en tensión (UNE EN-50160) es de un 8%. 

Sin batería conectada

Sin batería conectada

Con batería conectada

Con batería conectada

Finalmente evaluamos los gastos que supuso esa mala elección:

CONCEPTO Uds. IMPORTE
Batería convencional 150 kvar 1 4.400 €
Repuesto de condensadores 400 V 9 3.056,50 €
Repuesto de condensadores 460 V 6 2.474 €
Mano de obra (coste estimado 20 €/h) 19 380 €
Paradas de producción y expedición (coste estimado 2.500 €/h) 2,5 6.250 €
Recargo por energía reactiva (coste medio mensual 958 €/mes) 2 1.916 €
Batería de condensadores desintonizada tipo FR 1 12.285 €
COSTE FINAL TOTAL   30.761,50 €

Como podemos comprobar, una solución aparentemente más barata se convierte en un coste económico realmente mas elevado. Si se hubiera realizado una inversión técnica correcta con una batería desintonizada tipo FR, el ahorro final se hubiera reducido prácticamente a un 60%.

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Francesc Fornieles Castells
ffornieles@circutor.es
Responsable de Mercados - División Calidad de Red
Markets Manager - Power Quality Division

 

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