Tecnología Electrónica

Filtros Armónicos en Bancos de Capacitores: Protección de la Calidad de Energía

Por Qué los Bancos de Capacitores Necesitan Filtros Armónicos

Los bancos de capacitores en derivación mejoran el factor de potencia suministrando potencia reactiva. Sin embargo, su baja impedancia en altas frecuencias crea un riesgo de resonancia paralela con la inductancia del sistema (transformadores, cables). Esta resonancia amplifica corrientes armónicas de cargas no lineales (VFD, rectificadores, iluminación LED), causando:

  • Sobrecalentamiento/falla de condensador (corriente RMS excesiva).
  • Distorsión de voltaje (aplanamiento, muescas) que afecta cargas sensibles.
  • Disparos molestos de interruptores/reles.
  • Interferencia telefónica (PLC, DSL).

Cómo Funcionan los Filtros Armónicos

Un filtro armónico es un circuito L-C (o L-C-R) sintonizado conectado en paralelo con el banco de capacitores, presentando baja impedancia en una frecuencia armónica objetivo (típicamente 5ª, 7ª, 11ª, 13ª). Desvía la corriente armónica lejos del sistema de potencia, amortiguando la resonancia.

Tipos de Filtros

TipoTopologíaProsContras
Pasivo (Sintonizado)Serie L-C sintonizada a h×f1 (por ejemplo, 250 Hz para 5ª). A menudo incluye resistor de amortiguación.Bajo costo, sin electrónica de control, confiable, proporciona potencia reactiva de frecuencia fundamental.Afinación fija; deriva de componentes desplaza resonancia; grande/pesado; limitado a ~13ª–17ª armónica.
Desintonizado (Reactores)Reactora en serie con capacitor, sintonizada por debajo de la armónica más baja (típicamente 134 Hz / 189 Hz para 50/60 Hz → 2.7×/3.15×).Evita resonancia por completo; simple; protege capacitor.Reduce kvar efectivo en fundamental (≈ 90–95%); pérdidas de reactora (2–3% del kvar).
Activo (APF / AHF)VSI basado (IGBT) inyectando corriente armónica igual y opuesta. Control en bucle cerrado basado en CT.Se adapta a armónicas cambiantes; compensa hasta 50ª; mejora FP, equilibra fases, mitiga parpadeo.Mayor costo; complejidad; pérdidas por conmutación (2–3%); requiere CTs, controlador, refrigeración.
HíbridoPasivo para bajas (5ª, 7ª) + Activo para altas/residuales.Óptimo costo/rendimiento para grandes industrias.Complejidad de integración.

Lista de Verificación de Diseño y Especificación

  1. Medición del espectro armónico (límites IEEE 519: THDV ≤ 5%, individual ≤ 3%).
  2. Escaneo de impedancia del sistema (barrido de frecuencia) para identificar puntos de resonancia.
  3. Frecuencia de sintonía del filtro: ffilter = fharmonic × (0.95–0.98) (desintonizado para evitar resonancia exacta).
  4. Reactora: XL = XC / h². Clasificación térmica para corriente armónica + fundamental.
  5. Capacitor: Clasificado para voltaje del sistema + sobrevoltaje armónico (típicamente 1.1×Vn continuo, 1.2×Vn 1hr).
  6. Protección: Fusibles, interruptores térmicos, relé de desbalanceo (para bancos multifásicos).

Resumen de Beneficios

  • Vida del capacitor extendida (estrés térmico reducido).
  • Cumplimiento de THD de voltaje (utilidad/contrato).
  • Pérdidas reducidas (transformadores, cables).
  • Evita mal funcionamiento de equipos inducido por resonancia.

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Amplificadores y preamplificadores