¿Qué es un filtro de armónicos?
Un filtro de armónicos, conocido en inglés como SVG (Static Var Generator), es un dispositivo utilizado para mitigar o eliminar las corrientes armónicas generadas por cargas no lineales en un sistema eléctrico. Estas cargas no lineales, como variadores de velocidad, transformadores y hornos de inducción, producen distorsiones en la forma de onda de la corriente, afectando negativamente la eficiencia y operación de los equipos eléctricos. Los filtros de armónicos son esenciales para mantener las redes eléctricas estables y eficientes.
Derecha (Filtro SVG-CR9 proyecto SANTANA INGENIERA – INC).
¿Dónde se colocan los filtros de armónicos?
Los filtros de armónicos se colocan generalmente cerca de las fuentes de generación de armónicos. Esto incluye variadores de frecuencia, transformadores y otros dispositivos electrónicos generadores de distorsiones. El objetivo es filtrar los armónicos lo más cerca posible de su origen para prevenir su propagación a través del sistema eléctrico y así garantizar un suministro eléctrico confiable y de calidad.
¿Qué son los armónicos?
Los armónicos son componentes sinusoidales cuya frecuencia es un múltiplo entero de la frecuencia fundamental del sistema eléctrico (60 Hz en Colombia). Debido a la configuración común del sistema de D-Y, para el lado de baja tensión donde las bobinas se unen en un punto común que resulta ser el neutro, los amónicos resultan fluyendo hacia el este, donde se amplifican estos efectos. Aunque en niveles bajos pueden ser imperceptibles, en cantidades significativas (mayor al 15%), causan sobrecalentamiento en equipos, disparos intempestivos de protecciones, interferencias electromagnéticas y reducción en la eficiencia de la distribución de energía. Al mitigar estos efectos, se mejora la curva de tensión, pero especialmente la de corriente, que es donde se pueden producir pérdidas más grandes en la red eléctrica.
¿Cómo se eliminan los armónicos eléctricos?
La eliminación de los armónicos se logra mediante el uso de filtros pasivos o activos. Los filtros pasivos usan combinaciones de resistencias, inductores y capacitores para bloquear o desviar los armónicos específicos. Los filtros activos generan una señal opuesta a la de los armónicos, cancelándolos efectivamente. Estos filtros activos son controlados por algoritmos avanzados que permiten una compensación dinámica y precisa de los armónicos.
Características Principales de los Filtros de Armónicos
Los filtros de armónicos, especialmente los SVG, presentan varias características que los hacen indispensables en sistemas eléctricos modernos:
- Diseño Modular: Permite una fácil instalación y escalabilidad, lo que es ideal para adaptarse a diferentes tamaños y complejidades de sistemas eléctricos.
- Monitoreo y Control en Tiempo Real: Utilizan algoritmos avanzados para supervisar y ajustar constantemente la compensación de armónicos, asegurando una operación óptima.
- Alta Capacidad de Filtración: Capaces de filtrar una amplia gama de armónicos, desde los de baja frecuencia hasta los de alta frecuencia, mejorando significativamente la calidad del suministro eléctrico.
- Eficiencia Energética: Contribuyen a reducir las pérdidas energéticas en la red eléctrica, optimizando el uso de la energía disponible.
- Robustez y Durabilidad: Diseñados para operar en condiciones industriales exigentes, proporcionando una vida útil prolongada y reduciendo la necesidad de reemplazos frecuentes.
- Compatibilidad con Diferentes Sistemas: Pueden integrarse en sistemas de alta tensión y otros entornos industriales, mejorando la estabilidad y confiabilidad del sistema eléctrico en su totalidad.
Tipos de Filtros de Armónicos
Existen varios tipos de filtros de armónicos, cada uno diseñado para abordar diferentes aspectos de la distorsión armónica en sistemas eléctricos. Los principales tipos incluyen:
- Filtros Pasivos: Utilizan combinaciones de inductores, resistencias y capacitores para bloquear o desviar armónicos específicos. Son adecuados para aplicaciones donde las frecuencias de los armónicos son constantes y conocidas.
- Filtros Activos: Emplean componentes electrónicos avanzados y algoritmos de control para generar una señal opuesta que cancela los armónicos en tiempo real. Son más versátiles y pueden adaptarse a cambios en el contenido armónico del sistema.
- Filtros Híbridos: Combinan las ventajas de los filtros pasivos y activos. Utilizan un filtro pasivo para eliminar los armónicos de baja frecuencia y un filtro activo para los de alta frecuencia, ofreciendo una solución más completa y eficaz.
Principio de Funcionamiento de los Filtros Activos y Pasivos
Los filtros pasivos se componen de elementos pasivos como resistencias, inductores y capacitores, y son eficaces en la reducción de armónicos específicos. Los filtros activos, por otro lado, utilizan componentes electrónicos avanzados para monitorear y cancelar activamente los armónicos en tiempo real, adaptándose a las variaciones en el contenido armónico del sistema.
La diferencia entre un banco de condensadores y un SVG, radica en que básicamente en que el banco de condensadores realiza una compensación de reactiva, debido a sus propiedades capacitivas, afectando el factor de potencia; el funcionamiento está limitado a la capacidad neta del condensador o el grupo de condensadores, actuando paso a paso, lo que puede generar en ocasiones una sobrecompensación del sistema por tal motivo su compensación se limita entre el 0,8 y 0,9 del factor de potencia.
En el caso del SVG la compensación es dinámica y se ajusta al comportamiento del sistema, debido a que está monitoreando la carga y su comportamiento al instante, se realiza la compensación comportándose como una fuente de corriente, debido a su arreglo interno, puede compensar tanto inductiva como capacitivamente, según el comportamiento de las cargas, llegando a lograr una compensación de hasta el 0,99 del factor de potencia en un tiempo de milisegundos.
Fundamentalmente, los SGV, se componen de 3 elementos básicos, el primero corresponde a las señales de corriente del sistema al que monitorean, estas señales son llevadas al SVG, número 2, donde se genera la respuesta y se inyecta por el cableado de potencia a la red, número 3, donde se realiza la compensación, por medio de la inyección de corriente.
Efectos Negativos de los Armónicos en la Industria
Los armónicos pueden tener varios efectos negativos en la industria, incluyendo sobrecalentamiento de equipos, disparos intempestivos de protecciones, interferencias electromagnéticas y vibraciones anormales. También pueden causar reducción en la vida útil de los equipos y aumentar los costos operativos.
Los armónicos pueden llevar a pérdidas en la capacidad de los transformadores, debido a que aumentan su temperatura y obligando a que se tenga que aumentar el aislamiento del mismo para protegerlo así como también generan perdidas en redes de distribución, todo esto produce al final la reducción de la eficiencia de motores y otros equipos eléctricos, lo que impacta directamente en la productividad y costos de operación de las empresas.
Beneficios de la Implementación de Filtros
- Mejora en la eficiencia energética: Al eliminar los armónicos, se reduce la pérdida de energía en el sistema.
- Reducción de costos operativos: Menos sobrecalentamiento y desgaste de equipos se traduce en menores costos de mantenimiento y reemplazo.
- Prolongación de la vida útil de los equipos: Al reducir las tensiones y sobrecalentamiento, los equipos tienen una mayor durabilidad.
- Cumplimiento normativo: Los filtros ayudan a cumplir con las normativas de calidad de energía, como el estándar IEEE 519.
Conclusión
Los filtros de armónicos (SVG) son esenciales para mantener la eficiencia y seguridad en sistemas eléctricos con cargas no lineales. Desde la selección y ubicación hasta la implementación y mantenimiento, cada etapa es crucial para maximizar los beneficios y cumplir con las normativas de calidad de energía.
El tiempo de respuesta es más rápido, le que le permite contener casi al instante cualquier variación que se produzca en el sistema, Además, permiten una distribución de la energía eléctrica más eficiente y estable. Recordemos que superar los límites de potencia reactiva es penalizable, tanto inductiva como capacitivamente, y puede traer como consecuencia gastos adicionales en el valor de la energía.
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