La corrección del factor de potencia es una de las inversiones más habituales en ingeniería eléctrica industrial: instalar una batería de condensadores, reducir las cargas de energía reactiva, mejorar la factura de servicios públicos. Durante décadas, este enfoque funcionó de manera confiable. En un mundo dominado por cargas inductivas lineales, Los condensadores hicieron exactamente lo que se suponía que debían hacer..
Ese mundo ya no existe en la mayoría de las instalaciones industriales.. Los variadores de velocidad, fuentes de alimentación conmutadas, fuentes de alimentación ininterrumpida, y otras cargas no lineales ahora representan una proporción significativa y creciente de la demanda eléctrica en la industria manufacturera., tratamiento de agua, climatización comercial, y prácticamente todos los demás sectores. En estos ambientes, La relación directa entre los condensadores y el factor de potencia se rompe, y las consecuencias pueden ser graves..
El problema central es la resonancia paralela.. Cuando un banco de capacitores está conectado a un sistema de distribución que contiene inductancia de transformador, Los dos elementos forman un circuito resonante cuya frecuencia natural depende del tamaño del condensador y del nivel de cortocircuito de la red.. Si esta frecuencia resonante coincide con un armónico característico de las cargas no lineales, el quinto, 7ª, o el undécimo armónico de una instalación de variador de 6 pulsos: los resultados son espectaculares. Una pequeña corriente armónica inyectada por un variador de velocidad excita el circuito LC y lo hace oscilar.. Dentro del bucle resonante, entre el condensador y el transformador, Las corrientes circulantes se acumulan para 20 a 40 veces la corriente armónica inyectada. Los fusibles se queman. Las cajas de condensadores se abultan. Los transformadores se calientan. Los relés de protección se disparan sin motivo aparente.. Reemplace el fusible y se funde nuevamente, porque no se ha solucionado la condición resonante que lo causó..
Lo que hace que este problema sea particularmente insidioso es que es en gran medida invisible para la instrumentación convencional.. Las corrientes que circulan dentro del circuito LC no aparecen en el medidor de suministro.. Un ingeniero que revisa los datos de calidad de la energía no ve nada obviamente malo. Y la condición resonante puede desarrollarse gradualmente a medida que se agregan unidades a una instalación existente., o abruptamente cuando se expande un banco de capacitores, convirtiendo un sistema que antes era seguro en uno peligroso con una sola operación de conmutación..
El nuevo artículo de la serie de referencia técnica de IPQDF proporciona un tratamiento de ingeniería completo de este tema.. Cubre la física de la resonancia paralela y por qué la intuición tradicional del divisor de corriente falla en la resonancia., Los síntomas de campo que identifican un problema de resonancia., Una metodología de evaluación de seis pasos para la especificación segura de condensadores., bancos de condensadores desafinados y lo que hacen y lo que no logran, Diseño de filtro de armónicos pasivo y sus limitaciones., y filtros armónicos activos y cómo eliminan por completo el riesgo de resonancia. Una guía práctica de selección con diagrama de flujo de decisión., tabla comparativa de tecnologías, Un ejemplo práctico ayuda al profesional a elegir la solución adecuada para su instalación específica..
El artículo incluye tres figuras interactivas, incluido un explorador de resonancia con cálculos de impedancia y corriente de condensador en tiempo real basados en niveles reales de inyección de armónicos VFD de 6 pulsos, que hacen que la física sea tangible y directamente aplicable a instalaciones reales..
Si alguna vez le ha fallado una batería de condensadores en una planta con variadores de velocidad, o si está a punto de especificar la corrección del factor de potencia para dicha instalación, este artículo es la referencia que necesitas.
Denis Ruest · Serie de referencia técnica IPQDF · Armónicos y condensadores de factor de potencia: Comprender el fracaso, Resonancia y la solución del filtro
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