Ante de entrar en detalles de las amplias ventajas que tienen los filtros LC sobre los condensadores es muy importante aclarar para que se usan los condensadores en un sistema eléctrico y que es un filtro LC:

  1. Un condensador se opone a los cambios brucos de tensión, es decir que su función principal en un sistema eléctrico es regular la tensión.
  2. Permiten reducir la magnitud de la corriente al compensar la energía reactiva de las cargas.
  3. Evitan penalizaciones económicas por un factor de potencia inferior a 0.90.
  4. Un filtro LC es muy similar a un banco de condensadores; sus elementos se instalan en un gabinete, opera de manera automática con un relé de control de factor de potencia a medida que los equipos eléctricos, así lo requieren, tiene un elemento adicional que es una reactancia que se instala en serie con cada condensador, el cual, por estar acoplado o conectado a la reactancia, tiene mayores especificaciones que el condensador básico usando en los bancos de condensadores.

Teniendo claro porque se compensaba la energía reactiva con bancos de condensadores y los componentes de un filtro LC, es importante resaltar que los filtros LC satisfacen los puntos 1, 2 y 3, es decir que también regulan tensión, compensan la energía reactiva y previenen de penalizaciones económicas por bajo factor de potencia, pero a diferencia de los bancos de condensadores, tienen las siguientes ventajas:

 

  • La reactancia que va en serie con el condensador elimina la sobre corriente que ocasiona el condensador sobre el sistema eléctrico al entrar en funcionamiento.
  • La reactancia y el condensador establecen una sintonía, usualmente a una frecuencia de 258 Hz, la cual evita que las armónicas sean amplificadas al interior de la instalación eléctrica.
  • Gracias a estas dos grandes ventajas de los filtros LC sobre los bancos de condensadores se previene lo siguiente:
  • Quema de componentes electrónicos.
  • Aumento de temperaturas en transformadores y cables.
  • Sobre costos en la factura de energía.
  • Operación de protecciones sin causa aparente.
  • Fallas en equipos electrónicos.
  • Pérdida de datos en equipos de memoria.
  • Fallas en UPS en operaciones de transferencia.
  • Operación inadecuada de protección de sobre corriente.

 

En resumen, se tiene lo siguiente:

  1. Cuando se requiere compensar el bajo factor de potencia se debe usar un filtro LC y no un banco de condensadores.
  2. El filtro LC mejorar la capacidad interna de regulación de tensión al reducir la componente reactiva de la corriente.
  3. Para lograr aumentar el factor de potencia, mejorar la regulación interna de tensión y reducir las pérdidas sin ocasionar la quema de equipo electrónico se deben instalar filtros LC; estos se componen de condensadores con reactancias de rechazo gracias a las cuales se evita la amplificación de las armónicas, la quema de electrónica y el aumento de las pérdidas por corrientes armónicas.

 

 

ELEVADA DISTORSIÓN ARMÓNICA DE TENSIÓN Y CORRIENTE

La distorsión armónica de corriente para los transformadores de acuerdo con lo establecido por el estándar IEEE Std C57.12.00-2010 (IEEE Standard para requerimientos generales para transformadores inmersos en líquido, de potencia y distribución) no debe exceder el 5%.

Tener elevados niveles de distorsión armónica de corriente genera los siguientes efectos (NTC 5001-2008):

  • Sobre costos en la factura de energía a causa de las perdidas I²R.
  • Operación de protecciones sin causa aparente.
  • Fallas en equipos electrónicos.
  • Pérdida de datos en equipos de memoria.
  • Fallas en UPS en operaciones de transferencia.
  • Operación inadecuada de protección de sobre corriente.

La instalación de bancos de condensadores, eleva la distorsión armónica de corriente, tal y como se explica a continuación.

BANCO DE CONDENSADORES

Los bancos de condensadores son una solución inadecuada para compensar los reactivos debido a que amplifican las armónicas, generan transitorios oscilatorios que ocasionan la quema de equipos electrónicos y aumentan las perdidas I²R del transformador, tal y como se explica a continuación:

  • AUMENTO DE LAS ARMÓNICAS AL INTERIOR DE LA INSTALACIÓN

 

El banco de condensadores aumenta la impedancia del sistema; curva azul sobre la línea roja.

En ausencia del condensador la respuesta en frecuencia o comportamiento de la impedancia con la frecuencia es una línea recta mientras que la respuesta en frecuencia con el condensador aumenta considerablemente haciendo que la impedancia del sistema aumente y por ende aumenten las armónicas al interior de la instalación; si se colocan los condensadores las armónicas aumentaran considerablemente.

  • QUEMA DE COMPONENTES ELÉCTRONICOS POR LA CONMUTACIÓN DE BANCOS DE CONDENSADORES.

A continuación, se presenta un evento típico ocasionado por la entrada de un condensador en una instalación eléctrica interna:

Transitorio Oscilatorio, Ocasionado por la entrada en operación de un condensador de 75 KVAR

La conmutación del condensador ocasiona sobre el sistema eléctrico una elevada distorsión de tensión, la cual se caracteriza por ser muy rápida en el tiempo (dv/dt), esta origina picos elevados de corriente, lo que a su vez genera; daño y falla de los componentes electrónicos, además, se generan cruces adicionales por cero de la onda de tensión que generan pérdidas de sincronismo de los elementos de control y fallas en el funcionamiento de los PWM, a continuación se realiza un zoom al evento oscilatorio con el fin de mostrar los cruces adicionales por cero en la onda de tensión:

Transitorio Oscilatorio, Ocasionado por la entrada en operación de un condensador de 75 KVAR

En este ejemplo, la entrada del condensador sobre el sistema eléctrico ocasiona dos cruces por cero.

En resumen, se tiene lo siguiente:

  1. Cuando se requiere compensador el bajo factor de potencia se debe usar un filtro LC o activos y no banco de condensadores.
  2. El filtro LC mejorar la capacidad interna de regulación de tensión al reducir la componente reactiva de la corriente.
  3. El instalar condensadores ocasiona que las armónicas aumenten y que además se propicie la quema de componentes electrónicos.
  4. Para lograr aumentar el factor de potencia, mejorar la regulación interna de tensión y reducir las pérdidas sin ocasionar la quema de equipo electrónico se deben instalar filtros LC; estos se componen de condensadores con reactancias de rechazo gracias a las cuales se evita la amplificación de las armónicas, la quema de electrónica y el aumento de las pérdidas por corrientes armónicas.