Contexto de la instalación
La instalación analizada corresponde a una planta química situada en Canarias que disponía de una batería de condensadores de 1.500 kVAr equipada con filtros desintonizados a 189 Hz y maniobra mediante tiristores. Esta batería había estado operando de forma estable durante aproximadamente dos años, garantizando un correcto factor de potencia y manteniendo los niveles de distorsión armónica de tensión en valores adecuados para la instalación.
Las cargas principales de la planta estaban constituidas inicialmente por dos grandes rectificadores, típicos consumidores no lineales que, pese a su aportación armónica, no generaban problemas relevantes en la calidad de red. El THDv global de la instalación se mantenía en torno al 4%, permitiendo el funcionamiento normal tanto de la batería de condensadores como del resto de los equipos eléctricos.
Aparición de la problemática tras la ampliación de potencia
La situación cambió tras una ampliación del proceso productivo que implicó la instalación de un tercer rectificador de gran potencia. Coincidiendo con su puesta en marcha, se observó un incremento notable de la distorsión armónica en tensión, alcanzando valores próximos al 9%.
Este aumento del THDv superaba el umbral de protección configurado en el regulador de la batería de condensadores, fijado en un 6%, lo que provocaba la activación de la alarma y la desconexión preventiva de la batería. Como consecuencia directa, la instalación quedaba sin compensación reactiva, incrementándose la potencia aparente demandada y empeorando aún más las condiciones de operación del sistema eléctrico.
La alarma generada por el regulador era además enviada al sistema SCADA de la planta, lo que permitió una detección inmediata del problema y evitó penalizaciones económicas significativas por consumo de energía reactiva.
Primer análisis y planteamiento de hipótesis
Desde el primer contacto con el cliente, se recomendó la realización de una medición de calidad de red prolongada y en diferentes escenarios de carga, considerándola imprescindible para asegurar un diagnóstico fiable y una solución definitiva. No obstante, la coincidencia temporal entre la ampliación de potencia y la aparición de las alarmas permitía ya anticipar una posible causa raíz.
El transformador de potencia de la instalación, con una potencia nominal de 1.600 kVA, estaba trabajando muy próximo a su límite tras la incorporación del nuevo rectificador. La hipótesis inicial planteaba que el aumento de carga, unido a la desconexión de la batería de condensadores, elevaba la potencia aparente total hasta un punto en el que el transformador entraba en régimen de saturación magnética. Este fenómeno, bien conocido en sistemas eléctricos, conlleva un aumento significativo de la distorsión armónica de la tensión.
De este modo, se generaba un círculo vicioso: el incremento del THDv provocaba la desconexión de la batería, esta desconexión aumentaba la potencia aparente, el transformador se saturaba aún más y la distorsión armónica seguía creciendo, impidiendo la reconexión automática de la compensación.
Pruebas funcionales y validación en campo
Mientras se coordinaba la medición de calidad de red, se realizaron distintas pruebas funcionales junto con el personal de la planta para validar la hipótesis planteada. Dado que la batería no podía operar en modo automático debido a la alarma por THDv elevado, se decidió trabajar en modo manual.
Se procedió a conectar los escalones de la batería de forma progresiva, monitorizando en todo momento el nivel de distorsión armónica. Esta operación se realizó con especial precaución, ya que un THDv superior al previsto en el diseño de las inductancias puede favorecer la amplificación armónica, y con ello la aparición de fenómenos de resonancia. Por este motivo, el umbral de alarma fue ajustado temporalmente, manteniendo siempre activas las protecciones del sistema.
Durante la conexión de los primeros escalones no se apreciaron incrementos en el contenido armónico. Por el contrario, se observó una mejora progresiva del factor de potencia y una reducción de la potencia aparente demandada por la instalación. El comportamiento cambió de forma clara al alcanzar una aportación de aproximadamente 500 kVAr capacitivos: en ese momento, el THDv descendió bruscamente desde valores cercanos al 9% hasta situarse de nuevo en torno al 4%.
Este resultado permitió que la batería retomase su funcionamiento automático y confirmó que la compensación de reactiva estaba alejando al transformador de la zona de saturación, reduciendo así la distorsión armónica de la tensión.
Resultados de la medición de calidad de red
El posterior análisis detallado de la medición de calidad de red corroboró plenamente las conclusiones obtenidas en las pruebas de campo. Se constató que el transformador amplificaba la distorsión armónica en tensión (THDv) cuando operaba en condiciones próximas a la saturación, especialmente en presencia de cargas no lineales.
Por otro lado, los armónicos en corriente (THDi) se mantenían en valores moderados, en torno al 10%, y mostraban un comportamiento estable a lo largo de los distintos niveles de carga. Este dato ya había sido anticipado por el regulador CRG8 de la batería y quedó confirmado tras el estudio completo de la medición.
Solución técnica propuesta
El análisis evidenció que el principal punto crítico de la instalación era la elevada distorsión armónica en tensión generada cuando la batería de condensadores no estaba operativa. Para garantizar un funcionamiento continuo y estable en todos los escenarios de carga, se recomendó actuar sobre la estrategia de compensación.
En este contexto, se aconsejó la sustitución de la batería de condensadores convencional por un sistema SVG (Static Var Generator). Este tipo de solución permite trabajar de forma fiable en entornos con THDv elevado, proporcionando una compensación dinámica de la potencia reactiva sin verse afectada por la distorsión armónica de la red. De este modo, se asegura el control de la potencia aparente, se evita la saturación del transformador y se mantiene la calidad de la tensión dentro de niveles aceptables para el conjunto de la instalación.
Conclusión
Este caso de éxito demuestra que la compensación del factor de potencia no debe considerarse únicamente como una herramienta para evitar penalizaciones económicas, sino como un elemento clave para la estabilidad y fiabilidad de las instalaciones eléctricas industriales. Una correcta gestión de la potencia reactiva contribuye a mejorar la calidad de suministro, reduce el estrés operativo de los transformadores y permite que el resto de los equipos trabajen en condiciones más favorables. La combinación de mediciones, análisis técnico y pruebas en campo permitió identificar con precisión el origen del problema y definir una solución robusta, orientada no solo a resolver la incidencia puntual, sino a garantizar la estabilidad de la instalación a largo plazo.
