Baterías de Condensadores: Características más importantes

En una entrada anterior se explicó cómo calcular la Potencia Reactiva a compensar por una batería, en una instalación determinada, para conseguir un coseno de φ adecuado. Con el fin de hacer una correcta elección de la batería, a continuación, se describen cada uno de los parámetros y características más importantes de una.

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Q: CAPACIDAD

Es la máxima Potencia Reactiva que en un momento puntual es capaz de compensar la batería. Esta potencia deberá ser algo mayor que la máxima que usted calculó en la instalación.

Aunque la capacidad de un condensador y, por tanto de una batería, se mide en Faradios, tanto fabricantes como consumidores, para este tipo de usos, utilizann como unidad los VAr o kVAr. Es más cómodo comparar directamente la potencia máxima de la batería con la que se desea compensar en las mismas unidades.

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N: NÚMERO DE ESCALONES

Si se fija en la foto de la batería adjunta, verá cuatro prismas en su parte inferior. Son los condensadores. Cada uno es un condensador trifásico y, tienen distinta potencia. Cuando la batería está funcionando, el regulador medirá la potencia reactiva instantánea a compensar y, en función de ésta conectará uno, u otro condensador, combinando la entrada de éstos para que siempre se compense la mayor cantidad de energía reactiva.

Por ejemplo; suponga que la batería cuenta con cuatro “escalones” de 5 + 5 + 10 + 20 kVAr. La batería será de 40 kVAr. ¿Cómo se comportará la batería con los aumentos de reactiva a compensar?:

  • Cuando en la instalación haya menos de 5 kVAr a compensar ningún condensador estará conectado.
  • Cuando la reactiva supere los 5 kVAr, pero sea menor de 10 kVAr, entrará el primer escalón de 5 kVAr.
  • Cuando esté entre 10 y 15 kVAr, se conectará el de 10 kVAr.
  • Cuando esté entre 15 y 20 kVAr, se conectarán uno de 5 y el de 10 kVAr. Y así sucesivamente.

Como se habrá dado cuenta, la precisión de la batería la marca el escalón más pequeño. En la batería del ejemplo la compensación se hace de 5 en 5 kVAr.

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R: REGULADOR

El regulador es el cerebro de la batería. Interpreta las señales que le envían los equipos auxiliares y determina la potencia reactiva a compensar a cada instante. En función de esto ordenará conectar o desconectar unos u otros escalones. Las decisiones que tomará el regulador estarán íntimamente ligadas a la información de que disponga, cuando más precisa mejor actuará.

Hay baterías, que conectan su circuito de medida con un sistema Aaron. Consiste en medir las tensiones de cada una de las fases, pero sólo la intensidad de una y, con una simple regla de tres estimar la potencia trifásica total. Otras, en cambio, realizan una medida trifásica, tomando tres tensiones y tres corrientes.

En sistemas desequilibrados, puede que, con un sistema Aaron, la batería incurra en sobrecompensaciones o no compense lo suficiente la instalación. Dependerá de si en la fase que se mide corriente hay mucha o poca carga reactiva comparada con las otras.

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V: TENSIÓN DE FUNCIONAMIENTO

Últimamente estoy viendo a muchos fabricantes ofrecer baterías con cierta potencia, pero a tensiones distintas de las estándares, concretamente a 440 V. Esto se trata de una pequeña artimaña para que su producto parezca mejor, pero en realidad no lo es. A priori se diría que una batería de 10 kVAr a 440 V es mejor que una de 10 kVAr a 400 V, por que soportará más tensión, pero esto es falso. Justo lo contrario.

La Potencia, ya sea activa o reactiva, no es algo físico, es la composición entre la tensión, la intensidad y el ángulo φ. Tanto φ como la tensión no son variables, son constantes particulares de la instalación en la que se integrará la batería. φ es el ángulo que se desea rectificar y, la tensión a la que se someterá la batería es la que hay en la instalación, no hay otra. Esto quiere decir, que aunque se hable de potencia reactiva a compensar, realmente la batería lo que tendrá que hacer es compensar una corriente reactiva en determinadas condiciones (tensión a la que se le somete). Si se comparan las dos baterías del ejemplo con un cos φ determinado:

Q=V.I.{\sqrt{3}}.Sen(\varphi)

10kVAr=400.I_{1}.{\sqrt{3}}.Sen(\varphi)

10kVAr=440.I_{2}.{\sqrt{3}}.Sen(\varphi)

Igualando las dos expresiones:

440.I_{2}.{\sqrt{3}}.Sen(\varphi)=400.I_{1}.{\sqrt{3}}.Sen(\varphi)

I_{1}=1,1.I_{2}

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Esto quiere decir, que en las condiciones que el fabricante ha fijado como de máxima compensación, la batería de 400 V es un 10% más “grande” que la de 440 V. Es decir, en la misma instalación la batería de 400 V compensará un 10% más de reactiva que la de 440V.

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S: SISTEMA DE MANIOBRA

Generalmente hay dos: Por contactores electromecánicos o por tiristores.

  • Contactores: Es el más común. Es más económico. El regulador hace las funciones de relé y manda la señal de apertura o cierre a los contactores que conectan o desconectan los condensadores. El proceso lleva un par de segundos.
  • Tiristores: Son más caras. Funcionan con un sistema integrado de electrónica de potencia. Son absolutamente silenciosas y, hacen la conexión instantáneamente. Tienen un ilimitado número de maniobras, a priori, ya que no hay desgaste mecánico de los componentes. También alarga la vida de los componentes ya que eliminan el transitorio de la conexión. Son ideales para:
    • Centros educativos, comercios u otros lugares donde el ruido de los contactores puede ser molesto.
    • Ascensores u otro tipo de cargas que entran muy rápidamente.

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I: INTERRUPTOR

Las baterías han de contar con un interruptor de corte en carga que las aísle del resto de la instalación y, que permita trabajar en ellas sin tensión. Este interruptor puede estar en el cuadro al que se conecta o, en el armario de la propia batería. Es indiferente. Pero téngalo en cuenta a la hora de comprarla ya que no en todos los cuadros hay espacio suficiente para instalar un interruptor. La corriente nominal del interruptor se ha de calcular siguiendo la siguiente fórmula:

Q=V.I.{\sqrt{3}}.Sen(\varphi) \longrightarrow I=(\frac{Q}{V.Sen(\varphi)})

Q, es la nominal de la batería. V la tensión de la instalación, 400 V para trifásico y 230 V para monofásico. Sen(φ) tendrá el valor que usted considere, yo siempre uso 0,6 que corresponde a un Cos(φ) de 0,8.

Es conveniente que previo a la desconexión de la batería quite las cargas más reactivas y espere a que la batería desconecte la mayoría de los escalones, así la corriente que pasará por el interruptor en el momento del corte será menor. Antes de manipular la batería asegúrese de que los condensadores no se encuentran cargados. Suele haber unas resistencias de descarga rápida, puenteando éstos, que disipan su carga transformándola en calor, pero tardan varios minutos. Son muy comunes los accidentes por manipular baterías con los condensadores aún cargados.

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A: ARMARIO

El armario, no es más que una estructura de chapa, pero en instalaciones que se prevé que aumente la reactiva a compensar, conviene elegirlos grandes, que permitan añadir nuevos condensadores para futuras ampliaciones. En el ejemplo anterior de la batería de cuatro escalones, si el armario tuviera capacidad para dos escalones más se podría ampliar otros 80 kVAr más, según se necesitara. El precio del armario no es significativo y, puede ahorrarle tener que comprar una segunda batería.

Si se decide por elegir un armario que posibilite las ampliaciones, piense en que éste ha de contar con un regulador que pueda trabajar con el número máximo de escalones, también el interruptor ha de estar dimensionado para la potencia máxima que se podrá instalar (o se tendrá que cambiar cuando se amplíe), al igual que los conductores de conexión al cuadro. Los transformadores de medida deben estar ajustados a la corriente que medirán ya que en regímenes bajos de la carga no se comportan adecuadamente.

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AR: ARMÓNICOS

¿En la instalación hay presencia de armónicos? Entonces debería pensar en adquirir una batería con algún tipo de filtro. Las baterías amplifican y provocan resonancias de las corrientes armónicas y, puede que agraven el problema de distorsiones aumentando la THD. Aunque de esto se hablará en futuros artículos.

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ÍNDICE – ENERGÍA REACTIVA

1- Qué es el coseno de phi y cómo se compensa

2- Diferencias entre el coseno de phi y el factor de potencia

3-  Baterías de Condensadores: Características más importantes

4- ¿Por qué se conectan en triángulo y no en estrella?

5- ¿Por qué compensar la reactiva? Reducción de costes

6- ¿Dónde compensar?

7- Compensación fija y automática

8- ¿Cómo conectar?

9- ¿Cuando usar batería con filtros de armónicos?

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Imágenes: [1Creative Commons License credit: Circutor

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