¿Cómo el filtro armónico activo (AHF) en la línea principal de distribución eléctrica ahorra consumo de combustible para los generadores?

Instalación de un Filtro armónico activo (AHF) en la línea principal de distribución de energía generalmente puede ahorrar el consumo de combustible para los generadores (especialmente los generadores diésel).

Aquí hay una explicación detallada:

1. Cómo los armónicos aumentan el consumo de combustible en los generadores (especialmente los generadores diésel):

   • Pérdidas de calor adicionales: Las corrientes armónicas que fluyen por los devanados del estator y el rotor del generador causan mayores pérdidas resistivas (pérdidas I²R) que la corriente fundamental. Estas pérdidas se disipan en forma de calor, lo que significa que se desperdicia parte de la energía mecánica que entra al generador.

   • Aumento de las pérdidas de hierro: Los voltajes armónicos provocan un aumento de la histéresis y pérdidas por corrientes parásitas en el núcleo de hierro del generador.

   • Pérdidas del devanado del amortiguador: Se inducen corrientes armónicas en los devanados del amortiguador del rotor, lo que genera pérdidas y calor adicionales.

   • Eficiencia reducida: Todas estas pérdidas adicionales implican una reducción en la eficiencia general de conversión de la energía mecánica de la combustión diésel en energía eléctrica. Para proporcionar la misma potencia activa (kW), el generador necesita consumir más diésel para compensar estas pérdidas.

   • Pulsaciones de par armónico: Las corrientes armónicas que interactúan con el campo magnético del generador producen pares pulsantes a frecuencias múltiplos de la frecuencia fundamental. Esto impone una tensión mecánica adicional al motor diésel y puede afectar la estabilidad del regulador. Para mantener una velocidad (frecuencia) constante, el regulador debe actuar con mayor frecuencia para ajustar el acelerador, lo que puede reducir ligeramente la eficiencia y potencialmente provocar un mayor consumo instantáneo de combustible.

   • Aumento de la demanda aparente de potencia: Las corrientes armónicas aumentan la corriente total (RMS) del sistema, lo que incrementa la demanda de potencia aparente (kVA) del generador. Los generadores (especialmente las unidades de reserva) suelen tener una potencia nominal en kVA. Unas corrientes armónicas excesivas pueden obligar a un generador a funcionar cerca o por encima de su capacidad nominal en kVA, generando en realidad menos potencia activa útil (kW). Esto no solo es ineficiente, sino que también puede provocar paradas de protección por sobrecarga. Para evitar superar los límites de kVA, a veces es necesario reducir la carga de potencia activa, lo que también implica un uso ineficiente del combustible diésel.

2. Cómo un filtro armónico activo (AHF) ayuda a ahorrar combustible:

   • Elimina corrientes armónicas: La función principal de un AHF es detectar corrientes armónicas en la línea e inyectar instantáneamente una corriente de compensación de igual magnitud, pero de fase opuesta. Esto provoca que la fuente aguas arriba (el generador en este caso) reciba una corriente prácticamente sinusoidal.

   • Reduce la corriente RMS del generador: Al eliminar las corrientes armónicas, el AHF reduce significativamente la corriente RMS total que fluye a través del generador.

   • Reduce pérdidas: La reducción de la corriente RMS conlleva directamente una disminución sustancial de las pérdidas I²R en los devanados del generador. También se reducen las pérdidas en el hierro y en los devanados del amortiguador.

   • Mejora la eficiencia: La reducción de pérdidas implica una mejora en la eficiencia del generador al convertir la energía química del diésel en energía eléctrica útil (kW). Para una misma demanda de potencia activa, la energía mecánica requerida por el generador disminuye, lo que reduce la carga del motor diésel y, por lo tanto, el consumo de combustible.

   • Disminuye la demanda aparente de potencia: La eliminación de las corrientes armónicas implica que la demanda de potencia aparente del generador se ajusta más a la demanda de potencia activa de la carga. Esto evita el desperdicio de capacidad en kVA debido a los armónicos, permitiendo que el generador funcione con un factor de potencia óptimo.

   • Mitiga las pulsaciones de torsión: La reducción de las pulsaciones de torque armónico permite que el motor diésel funcione con mayor suavidad, lo que alivia la carga del regulador y ayuda a mantener una eficiencia operativa más estable.

3. Factores clave que influyen en el ahorro de combustible:

   • Nivel de distorsión armónica original: Cuanto mayor sea la Distorsión Armónica Total de Corriente (THDi) original, mayor será la reducción de pérdidas tras la instalación de un AHF y mayor el potencial de ahorro de combustible. Si los armónicos originales fueran bajos, el ahorro de combustible sería insignificante.

   • Factor de carga del generador: Cuanto mayor sea la carga del generador, mayores serán las pérdidas absolutas causadas por armónicos y mayor el ahorro absoluto de combustible del AHF. Con carga ligera, incluso una ganancia porcentual de eficiencia puede resultar en un ahorro absoluto de combustible menor.

   • Diseño del generador y tolerancia armónica: Algunos generadores (en particular los modernos o de diseño especial) tienen mayor tolerancia a los armónicos y su eficiencia se ve menos afectada. Los generadores más antiguos o mal diseñados se ven más afectados.

   • Rendimiento y eficacia de la compensación de AHF: El AHF debe dimensionarse, instalarse y configurarse correctamente para lograr un filtrado armónico óptimo. Cuanto mayor sea la tasa de compensación, mejores serán los resultados.

   • Pérdidas propias de AHF: El propio generador AHF consume una pequeña cantidad de potencia activa durante su funcionamiento (normalmente entre el 3 % y el 8 % de su capacidad nominal de compensación). Esta pérdida compensa ligeramente el ahorro de combustible. Sin embargo, en casos de armónicos severos, la mejora en la eficiencia del generador supera con creces el consumo del propio generador AHF.

Conclusión:

Sí, instalando un filtro armónico activo en la línea de distribución principal De hecho, puede ahorrar el consumo de combustible para los generadores (generadores diésel). El principio es que, al eliminar las corrientes armónicas dañinas que fluyen a través del generador, se reducen las pérdidas internas adicionales (pérdidas de cobre, pérdidas de hierro, etc.), mejorando así la eficiencia del generador al convertir la energía química del diésel en energía eléctrica útil. El resultado final es que, para la misma demanda de potencia activa de carga, se reduce la entrada de energía mecánica del motor diésel, lo que se traduce en un menor consumo de combustible.

Cuantificación del ahorro de combustible: Es difícil generalizar la cantidad exacta de diésel ahorrado, ya que depende en gran medida de los factores clave mencionados anteriormente. En escenarios industriales con alta contaminación armónica (p. ej., fábricas con un uso extensivo de cargas no lineales como variadores de frecuencia y rectificadores), lograr ahorros de combustible del orden de... Entre el 3% y el 8% o incluso más Es posible realizar una estimación precisa del generador tras la instalación de un AHF de alto rendimiento. Para obtener una estimación precisa, se recomienda realizar mediciones detalladas y un análisis comparativo de los parámetros clave del generador (caudal de combustible de entrada, potencia activa de salida, corriente, voltaje, THDi, THDv, etc.) en condiciones de carga idénticas, tanto antes como después de la instalación del AHF.

Por lo tanto, si su fábrica tiene un problema significativo de armónicos y depende del funcionamiento de un generador diésel (ya sea como fuente de energía principal o de respaldo), invertir en un Filtro Armónico Activo no solo es una medida para mejorar la calidad de la energía, proteger los equipos y aumentar la confiabilidad del sistema, sino que también es una medida de ahorro de energía con retornos económicos, reduciendo directamente los costos operativos (gastos de diésel).