Tener un buen cos φʹ en nuestras instalaciones nos permitirá optimizarlas y hacerlas más eficientes, reduciendo el consumo eléctrico y eliminando las penalizaciones por el consumo de Energía Reactiva
Algunos receptores que se encuentran en las instalaciones eléctricas, como los motores o los transformadores, necesitan campos magnéticos para su funcionamiento y consumen una energía denominada energía reactiva.
Estas cargas absorben energía de la red durante la creación de los campos magnéticos que necesitan para su funcionamiento y la entregan durante la destrucción de los mismos. Este trasiego de energía entre los receptores y la red provoca:
- Caídas de tensión
- Pérdidas en los cables por efecto Joule
- Mayor consumo de energía
- Reducción en la disponibilidad de potencia
- Penalizaciones por el consumo de energía reactiva
Cuando esto ocurre, se puede afirmar que tenemos una instalación ineficiente a nivel energético y se hace necesario optimizarla para hacerla eficiente. Los condensadores de potencia pueden ser la solución a esta ineficiencia.
¿Cómo pueden los condensadores de potencia ser la solución? El condensador tiene como “única misión” aportar energía reactiva; es decir, la presencia de condensadores de potencia en una instalación puede llegar a satisfacer todas las necesidades de energía reactiva, demandada por las cargas inductivas. Es lo que se conoce como “compensación de la energía reactiva”.
¿Por qué se debe compensar la energía reactiva? Compensando la energía reactiva se conseguirá:
- Eliminar las penalizaciones por el consumo de energía reactiva
- Reducción del consumo eléctrico
- Reducción de las caídas de tensión
- Reducción de las perdidas por efecto Joule
- Aumento de la potencia disponible
Si compensamos la energía reactiva en una instalación, podemos eliminar las penalizaciones por el consumo de la energía reactiva, se puede llegar a disponer hasta un 30% de la potencia nominal antes de la compensación, se pueden reducir en torno a un 40% las perdidas por efecto Joule, hasta un 20% el consumo eléctrico… Todo esto se traduce en un ahorro económico importante en la factura eléctrica.
Una vez hayamos decidido realizar la compensación de la energía reactiva en nuestra instalación, hay que tener en cuenta el nivel de contaminación armónica que pueda existir en la red.
La permanente optimización de las instalaciones eléctricas conlleva el empleo, con más frecuencia, de cargas no lineales. Al mismo tiempo, la utilización de equipos más sensibles a las perturbaciones obliga a que, a la hora de diseñar los equipos de compensación, se tomen en consideración factores que hasta ahora no eran relevantes.
Cuando la presencia de armónicos es importante, esto puede provocar alteraciones en la instalación eléctrica. Estas perturbaciones se pueden clasificar en dos grandes grupos:
- Consecuencias a corto plazo: aumento de la corriente eficaz, disparos intempestivos de las protecciones, vibraciones y ruidos anormales en los cuadros de Baja Tensión, etc.
- Consecuencias a largo plazo: calentamiento progresivo de conductores, transformadores, alternadores, etc.
Especial atención merece la compensación de energía reactiva en instalaciones con presencia de armónicos. Los condensadores son receptores que, por sus características intrínsecas, influyen en la distorsión armónica de la instalación y, al mismo tiempo, son parte afectada por las consecuencias de las perturbaciones armónicas presentes en la instalación.
La presencia de una batería de condensadores en una instalación no genera armónicos, pero, sin embargo, puede amplificar los armónicos existentes agravando el problema.
Por otro lado, el condensador es uno de los elementos más sensibles a los armónicos, ya que presenta una baja impedancia a frecuencias elevadas y absorbe las intensidades armónicas más fácilmente que otras cargas, reduciendo considerablemente la vida de los condensadores.
Soluciones a la compensación en presencia de armónicos
La oferta para equipos de compensación en Baja Tensión está pensada para ofrecer la solución más idónea para cada tipo de instalación.
Las soluciones recomendadas son diferentes en función de la THDU presente en la instalación o de la medida en cabecera de la misma (si en la instalación ya hubiese baterías de condensadores, éstas se deberían desconectar para obtener los valores reales sin la posible amplificación producida por estos dispositivos). Las soluciones son:
• Redes no contaminadas con armónicos, THDU < 1,5%.
Para este tipo de redes, la solución son los equipos estándar, que son equipos con tensión nominal de los condensadores igual a la tensión de red.
Ejemplo:
Red de 400 V.
Condensadores con tensión asignada de 400 V.
• Redes contaminadas, THDU > 1,5% < 6%.
Es válida cuando la compensación de la energía reactiva implica una posible amplificación de los armónicos presentes en la instalación. Para este tipo de redes, la solución son los equipos SAH (baterías con filtros de rechazo, sintonizados a 215 Hz).
Los equipos SAH son conjuntos L-C sintonizados a una frecuencia de resonancia serie de 215 Hz y provocan el desplazamiento de la frecuencia de resonancia paralelo fuera del espectro armónico, evitando, de esta manera, la amplificación.
Si el THDU es superior al 5% e inferior al 6%, es necesaria la utilización de equipos SAH reforzados (incremento de corriente Imáx que puede circular por la inductancia).
• Redes contaminadas, THDU > 6 %.
Para las redes con THDU superior al 6%, se hace necesaria la utilización de filtros pasivos de rechazo (filtros sintonizados) que pueden ir acompañados de filtros activos (AccuSine), para reducir el THDU a valores inferiores a un 3-2%.
A lo mencionado anteriormente, hay que tener en cuenta lo que establece la Norma UNE EN 61642 en su apartado 3 subapartado 3.3: “No se pueden añadir reactancias en serie con los condensadores existentes para hacer un filtro resintonizado […] No se deberá asociar a un equipo de compensación del factor de potencia que tenga una reactancia serie, con un equipo que no la lleve[...]”.
Es posible afirmar que los condensadores ya instalados en una instalación que no estén debidamente dimensionados en tensión, como mínimo en un 10% sobre la tensión de red, no pueden ser utilizados para añadirles inductancias antiarmónicas (convertirlos en filtros). En aquellas instalaciones donde haya presencia armónica y se desee compensar la energía reactiva, no deberán instalarse baterías de condensadores con inductancias antiarmónicas conjuntamente con baterías sin estas inductancias.
Por tanto, la única manera de conocer si nuestra instalación va a necesitar una batería de condensadores estándar o una batería de condensadores clase SAH es realizar mediciones a la salida del interruptor automático de protección de la instalación; si no es posible realizar la medición, se pueden utilizar las tablas de elección.