SVG para la compensación de potencia reactiva en plantas industriales

SVG para Compensación de potencia reactiva en plantas industriales  

Una línea de excavadora que castigó al banco de capacitores

Una mina de cobre en Chile operaba una excavadora eléctrica de 800 kW con picos de 1,2 MW en una barra de 690 V. La fluctuación de tensión (Pst) medía 1,6 frente al límite de 1,0, y el banco de capacitores con conmutación por contactores realizaba ciclos más de 200 veces al día. Los contactores fallaban cada siete meses, y el sitio pagó una penalización por potencia reactiva en once de los últimos doce meses.

La carga cambia de motorización a regeneración en segundos, y la demanda reactiva la sigue. Un banco de capacitores interviene en incrementos fijos de 50 kvar detrás de un retardo de contactor de 100 ms; no puede seguir la variación. Un SVG para compensación de potencia reactiva sí puede hacerlo: continuamente, en ambas direcciones y en milisegundos.

Lo que cuesta una variación de potencia reactiva en campo

Las penalizaciones por potencia reactiva son el costo visible. Las compañías eléctricas en la mayoría de los mercados industriales facturan por debajo de un factor de potencia establecido, normalmente de 0,90–0,95, y cada mes por debajo del umbral añade un recargo.

Los costos ocultos superan la penalización. Los bancos con conmutación por contactores sufren desgaste mecánico: a 200 operaciones por día, un contactor clasificado para 100.000 ciclos falla en menos de dos años. Los capacitores de bancos con conmutaciones frecuentes soportan corrientes de irrupción repetidas de 10–20 veces la nominal, lo que acelera el envejecimiento dieléctrico. Las caídas de tensión durante los cambios de carga provocan reinicios de motores, retrabajos de soldadura y parpadeo de iluminación que los operadores perciben dentro de un turno.

SVG para compensación de potencia reactiva frente a bancos de capacitores

Un SVGes un convertidor de fuente de tensión: un puente IGBT conectado a la barra mediante un inductor de acoplamiento, con modulación SPWM que controla la corriente de salida. Inyecta corriente adelantada (capacitiva) o corriente atrasada (inductiva) con cualquier amplitud, y cambia la salida continuamente en lugar de hacerlo por pasos.

La diferencia de respuesta es la decisión de ingeniería. Un banco con contactores necesita 100–500 ms para conmutar un grupo; un banco con conmutación por tiristores (TSC) necesita 20–40 ms. Un SVG alcanza un nuevo punto de operación en menos de 5 ms, lo suficientemente rápido para mantener estable la tensión de la barra mientras un motor de excavadora vuelve a acelerar.

El control es de lazo cerrado: la unidad calcula la referencia reactiva a partir de la tensión y corriente medidas de la barra, y el lazo interno de corriente la sigue en cada ciclo de conmutación. Esto es lo que hace que la salida sea continuamente variable: no existe ningún paso discreto en toda la cadena.

Tabla A — Banco de capacitores con contactor frente a SVG

Dimensionamiento: medir la curva de potencia reactiva, no la placa de características

El error común es dimensionar a partir de la potencia nominal del transformador en kVA. La entrada correcta es la curva de potencia reactiva: un registro de siete días de Q(t) en el PCC, capturado con un analizador de calidad de energía durante un ciclo completo de producción.

Dimensione el SVG según el mayor déficit instantáneo de reactiva, no según el promedio. Una planta con un factor de potencia promedio de 0.6 pero con oscilaciones de 0.3–1.0 Mvar necesita un SVG con una capacidad nominal para el pico de 1.0 Mvar. Añada margen para operación a 45 °C de temperatura ambiente, acumulación de polvo y crecimiento de producción confirmado, y verifique la capacidad armónica de la unidad si la THDi en la barra ya supera el 8 %.

Ajuste el punto de regulación al objetivo contractual, normalmente 0.95–0.99, no a la salida máxima. El SVG mantiene el factor de potencia en el punto de ajuste y se detiene allí, lo que evita la sobrecompensación durante los turnos nocturnos con baja carga.

Tabla B — matriz de correspondencia de capacidad del SVG

Por encima de aproximadamente 1 Mvar, o en barras de 3.3–35 kV, el límite económico cambia hacia un MV STATCOM con topología de puente H en cascada. El principio de control es idéntico; cambian el encapsulado y la clase de aislamiento. En barras de BT, un único gabinete SVG cubre la mayoría de las capacidades hasta 600 kvar, y varias unidades se conectan en paralelo para requisitos mayores.

Instalación sin parada

Un SVG se conecta en paralelo con la barra mediante un interruptor automático de caja moldeada, exactamente como el banco de capacitores que reemplaza. Los TC se montan en el lado de línea de la carga, la unidad se energiza y la puesta en servicio verifica la secuencia de fases, la polaridad de los TC y el punto de ajuste de regulación. La puesta en servicio típica toma un día, con la producción en funcionamiento.

El SVG coexiste con un banco de capacitores existente cuando el sitio conserva uno. El banco suministra la base reactiva estable, el SVG absorbe la parte dinámica y los dos no entran en conflicto: el SVG regula contra el factor de potencia medido de la barra, no contra el banco.

El cálculo del retorno de inversión

Volvamos a la mina chilena. La penalización por reactiva promedió 1.100 USD al mes. Los contactores y capacitores costaban 3.200 USD por ciclo de reemplazo, aproximadamente dos ciclos al año. Los reinicios de motores después de caídas de tensión costaban tiempo de producción que el registro de mantenimiento no podía cuantificar completamente.

Un SVG de 800 kvar eliminó la penalización y el ciclo de reemplazo, y el Pst bajó de 1.6 a 0.7 después de la puesta en servicio. El sitio informó un retorno de inversión de 15 meses. Las plantas con cargas dinámicas normalmente se sitúan entre 12 y 18 meses, antes de contabilizar las mejoras de producción.

Preguntas frecuentes

P1: ¿Cómo calculo la capacidad de SVG que necesita mi planta?

Registre la curva de potencia reactiva en el PCC durante al menos siete días y encuentre el mayor déficit instantáneo respecto a su factor de potencia objetivo. Ese pico, no el promedio, determina la capacidad nominal. Verifique que la unidad seleccionada entregue la salida completa a su temperatura ambiente y añada un margen del 10–15 % para el crecimiento de la carga.

P2: ¿Puede un SVG reemplazar mi banco de capacitores existente o funcionar junto con él?

Ambas opciones. Una modernización común conserva el banco de capacitores para la base reactiva estable y añade un SVG para la parte dinámica, lo que minimiza la inversión inicial. Cuando la carga es casi completamente dinámica, el SVG reemplaza totalmente al banco. El SVG no entra en resonancia con los capacitores porque regula contra el factor de potencia medido en lugar de conmutar hacia la barra.

P3: ¿Las unidades SVG necesitan mantenimiento periódico? Menos que los equipos que reemplazan.

Limpieza trimestral de ventiladores de refrigeración y filtros en entornos polvorientos, revisiones anuales de torque y reemplazo de capacitores del enlace de CC según su programa de vida útil (aproximadamente cinco a diez años). No hay contactores que se desgasten ni grupos de capacitores que requieran reajuste.

P4: ¿Cuál es la diferencia entre un SVG y un filtro activo de armónicos, y puedo instalar ambos?

Un SVG controla la potencia reactiva: factor de potencia, estabilidad de tensión y parpadeo. Un AHF controla la corriente armónica: THDi. Las cargas dinámicas suelen presentar ambos problemas, y las dos unidades funcionan en paralelo en la misma barra sin interacción. Para sitios con ambos problemas, YT Electric suministra gabinetes combinados SVG+AHF dimensionados a partir de un único informe de medición.

Conclusión: adapte la velocidad de compensación a la carga

Un banco de capacitores falla con cargas dinámicas no porque sea antiguo, sino porque no puede responder con suficiente rapidez. Un SVG para compensación de potencia reactiva sigue la carga en milisegundos, regula en ambas direcciones y elimina la penalización, el desgaste y el parpadeo en una sola instalación. Mida primero la curva de potencia reactiva, dimensione según el déficit máximo y espere un retorno de inversión de 12–18 meses; el equipo de ingeniería de YT Electric proporciona el informe de medición y la capacidad del SVG basándose en los datos de carga registrados.