Ingenieria En Mantenimiento Industrial

Corrección de Factor de Potencia Usando Filtros Desintonizados
Salvador Acevedo

Armando R. Llamas

Jesús A. Baez

Jorge A. de los Reyes

Miembro, IEEE

Miembro, IEEE

Miembro, IEEE

Miembro, IEEE

Departamento de Ingeniería Eléctrica
Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey
Campus Monterrey, MEXICO 64849
Resumen- El uso de cargas no lineales, tales como losconvertidores electrónicos y los hornos de arco eléctrico, genera
distorsión de corrientes y voltajes. Las armónicas generadas
producen sobrecalentamiento, bajo factor de potencia y, en
algunas ocasiones, resonancia. Si al instalar bancos de
capacitores, la frecuencia de una armónica existente coincide o
es cercana a la frecuencia de resonancia de la combinación de la
capacitancia con laimpedancia de Thévenin del sistema, habrá
amplificación de corriente y sobrevoltajes que pueden dañar al
banco de capacitores o a otro equipo. Este artículo presenta un
caso práctico de cómo se pueden prevenir estos problemas
mediante el diseño apropiado de filtros desintonizados.
Palabras clave: filtros, calidad de energía eléctrica, factor de
potencia, armónicas.

En este artículo sepresenta un caso práctico en el cual se
corrigió el factor de potencia en una planta industrial de
fabricación de acumuladores con dos transformadores
alimentando a cargas no lineales y donde existía un alto cargo
por bajo factor de potencia. Para la corrección del factor de
potencia se instalaron bancos de capacitores en serie con
reactores constituyendo un filtro de rechazo o desintonizado.El aporte de potencia reactiva fue suficiente para eliminar las
penalizaciones económicas por factor de potencia que la
compañía de suministro imponía a la planta. El tiempo de
recuperación de la inversión fue de aproximadamente 12
meses.
II. DESCRIPCION DEL SISTEMA

I. INTRODUCCION
La Figura 1 presenta el diagrama unifilar de la planta en
cuestión. Existen dos transformadores de 2.5 MVAque
suministran energía a rectificadores controlados utilizados
para un proceso de la línea de producción. La impedancia de
cada uno de los transformadores que alimentan a los
rectificadores es de 9% (XL). Dos transformadores
adicionales alimentan al resto de la planta donde las cargas
son lineales primordialmente.
El factor de potencia de estas cargas es de 71.4% y el
factor de potenciacombinado de la planta sin la instalación
de bancos de capacitores es de 80%. Para elevar el factor de
potencia a un nivel superior al 90% se requiere una
aportación de 700 kVAr en cada transformador de 2.5 MVA.
Mediciones efectuadas durante la operación normal de la
planta reportaron una distorsión armónica de corrientes de
23% donde la armónica presente de mayor valor es la quinta.

2.5MVA

13.8 kV
2.5 MVA

El uso de cargas no lineales en sistemas eléctricos, tales
como los convertidores electrónicos de potencia, los hornos
de arco eléctricos y varios más, produce distorsión en las
formas de onda de las corrientes y de los voltajes [1]-[2]. El
grado de distorsión se cuantifica estudiando el contenido
armónico de las señales. Cuando las armónicas producidas
por una cargano lineal fluyen a otras partes del sistema,
pueden originarse problemas tales como sobrecalentamiento
de equipo, bajo factor de potencia y resonancia, con la
consecuente reducción en la eficiencia de operación y, en
algunas ocasiones, destrucción de equipo. Existen diversas
prácticas para limitar el flujo de armónicas del equipo que las
genera hacia donde la presencia de éstas esindeseable o para
disminuirlas a niveles aceptables [3]-[4].
La corrección de factor de potencia en cargas no lineales
introduce un problema adicional. Existe una frecuencia de
resonancia a la cual el valor de reactancia del banco de
capacitores utilizado para mejorar el factor de potencia
coincide con la reactancia del equivalente de Thévenin del
sistema de alimentación. Si esta frecuencia...