Los receptores no lineales, como las fuentes de alimentación ininterrumpida (SAI), las fuentes de alimentación para ordenadores, los inversores, las unidades de aire acondicionado, etc., toman de la red una corriente distorsionada y desfasada. Uno de los efectos negativos de este tipo de actividad de las unidades es la generación de potencia reactiva capacitiva en la red eléctrica.
Por esa razón, los operadores de las redes de distribución eléctrica cobran tasas adicionales (penas contractuales), que a menudo ascienden a valores significativos. Dicho problema puede resolverse de varias maneras, pero una de las más sencillas y eficaces es el uso de un compensador dinámico. Este dispositivo tiene como objetivo controlar la red y corregir los parámetros en tiempo real para cumplir con los valores requeridos del factor cos(φ).
¿Cuáles son los tres pasos que permiten seleccionar un compensador con los parámetros adecuados? En este artículo se lo demuestra con el uso de un estudio de caso de una empresa de fabricación de dispositivos electrónicos.
Paso 1: Análisis de rentabilidad de la implementación de la compensación de potencia reactiva
Cuando en la factura aparecen tasas adicionales por el consumo o la generación de potencia reactiva, debe realizarse un análisis de la rentabilidad de utilizar la compensación de potencia reactiva. En el caso analizado, los costes adicionales por año eran de aprox. 6000 PLN netos (1400 EUR). Por lo tanto, se tomó la decisión de instalar un compensador.
Paso 2: Realizar mediciones y cálculos con base en las facturas
En el segundo paso, hay que realizar las mediciones y los cálculos a partir de las facturas para seleccionar el compensador de manera correcta. Con este objetivo, se realizó una medición semanal y se creó un perfil de carga para el edificio en cuestión. Para ello, se utilizó un analizador de calidad de alimentación eléctrica de clase A Sonel PQM-711 con un juego de pinzas flexibles F-3A. Para analizar los datos se utilizó el software Sonel Analiza. Las mediciones se realizaron con un período de cálculo de valores medios de 10 segundos para captar con precisión el perfil de la carga.
Fig. 1. Analizador Sonel PQM-711 durante la medición
Los valores de la potencia reactiva variaron de una fase a otra, por lo que la potencia del compensador debe seleccionarse teniendo como referencia la potencia más alta entre las tres fases. La potencia más alta de Q=3,5 kvar ocurrió en la fase L1 (Fig. 2). Sobre esta base se podría haber seleccionado un compensador de 10 kvar (3,33 kvar por fase). Puesto que se preveía invertir en más puntos de recepción en la instalación, se decidió seleccionar un compensador de 15 kvar (5 kvar por fase) para disponer de una reserva de potencia para el futuro.
Fig. 2. Lecturas semanales de potencia reactiva por fase antes de la compensación
Fig. 3. Gráfico semanal de la potencia reactiva trifásica antes de la compensación
Fig. 4. Lecturas semanales de corriente por fase antes de la compensación
Paso 3: Compra e instalación del compensador
En el ámbito de este paso se compra e instala un compensador y después se comprueba que el dispositivo funciona correctamente. En el edificio analizado se utilizó un compensador dinámico LKD 15 de la empresa Lopi, que tiene muy buenos parámetros y garantiza una alta eficacia de compensación. Los compensadores LKD son los únicos del mercado que se construyen con el uso de transistores de carburo de silicio (SiC) y que se caracterizan por unas pérdidas de 12,5 W/A. Con base en las mediciones de las corrientes en la instalación probada (Fig. 4), se seleccionaron transformadores de corriente de 60/5 A, de clase 0,5 para ofrecer la mayor calidad posible de la compensación de potencia reactiva. Los transformadores se eligieron según las corrientes medias medidas durante un periodo medio de 10 s, teniendo en consideración la dimensión del cable.
Fig. 5. Placa frontal del compensador LKD15
El compensador se conecta en paralelo en el cuadro principal del edificio. Para que la configuración del compensador sea correcta y conforme a las instrucciones, es necesario conectarse a su red Wi-Fi, acceder a la cuenta del instalador y configurar los parámetros del transformador de corriente (corriente primaria y clase de transformador). Los demás ajustes estándar del fabricante garantizan una compensación eficaz.
Fig. 6. Esquema de conexión del compensador a la red
Para verificar que los transformadores de corriente están conectados correctamente, se debe comprobar la tabla titulada Transformadores de corriente en la sección Lectura de estado (Fig. 7).En esta tabla se muestran las fases de conexión de los transformadores y su presencia. Si los transformadores de corriente se intercambian por equivocación, esto se podrá observaren la tabla, lo que facilita bastante la conexión correcta del compensador.
Fig. 7. Tabla que muestra la conexión correcta de los transformadores de corriente
Fig. 8. Compensador LKD15 instalado en el edificio analizado
Después de la configuración básica y la verificación de la conexión, el dispositivo se encendió y el compensador comenzó a realizar su trabajo de manera eficaz.
A efectos de comparación, se volvieron a realizar mediciones durante un periodo de una semana. En la Fig. 9 se puede observar la curva del valor de energía reactiva capacitiva, que tiene el valor cero durante todo el intervalo. Esto demuestra la eficacia de la compensación, cuya confirmación final son las facturas del proveedor de energía: las tasas se han disminuido a cero.
Fig. 9. Gráfico semanal de la potencia reactiva trifásica tras la compensación (color verde: inductiva; color rojo: capacitiva)
Compensador + analizador de calidad eléctrica = ahorros reales
En el caso analizado, la inversión en el diagnóstico del problema mediante el analizador Sonel PQM-711 y la instalación del compensador Lopi LKD15 se amortizará al cabo de aprox. 18 meses y después se producirá un ahorro económico de varios miles de PLN al año. En la época de la electrónica omnipresente, los compensadores dinámicos son un medio de compensación de potencia reactiva muy eficaz, fácil de elegir e instalar. Los compensadores dinámicos LKD permiten compensar de manera independiente la potencia reactiva inductiva y capacitiva en cada fase. Además de la compensación de potencia reactiva, también ofrecen filtrado de armónicos superiores y simetrización de la potencia activa. Por otro lado, la serie Sonel PQM de analizadores de calidad de la energía ofrece mediciones fiables e información útil para la selección de compensadores.
Maestro Ingeniero Marcin Szkudniewski, Sonel S.A.
Maestro Ingeniero Piotr Matera, Lopi Sp. z o.o.
