Batería de condensadores con FILTRO de RECHAZO. [Cálculo PASO a PASO]

/ Energía Reactiva / Por Francesc Fornieles / 27/01/2021

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Qué es una batería con filtro de rechazo

La función básica de una batería con filtro de rechazo es la de «compensar la energía reactiva inductiva de un sistema de cargas eléctricas, y evitar a su vez que se pueda producir un fenómeno de resonancia paralelo».

Para evitar la resonancia, los diferentes escalones que forman la batería de condensadores se constituyen una reactancia (L) y un condensador (C) en serie. También se suele llamar rama o conjunto LC.

Como veremos más adelante, este conjunto LC se calcula para una frecuencia de sintonía determinada. Seleccionada de tal forma que quede por debajo de los armónicos predominantes en la instalación y evitar de esta forma la resonancia paralelo.

Por ejemplo, si en la instalación hay niveles relevantes de corriente armónica de orden 5º y superiores, la sintonía de la batería de condensadores deberá quedar por debajo de dicho armónico.

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Cálculo de batería con filtro de rechazo

Para realizar el cálculo de una batería con filtro de rechazo debemos realizar ocho pasos:

1. Factor de sobretensión
2. Impedancia de la batería o escalón
3. Capacidad del condensador
4. Inductancia
5. Corriente de la batería de condensadores o escalón
6. Tensión reactancia y condensador
7. Potencia condensador y sobredimensionado en tensión
8. Comprobación de la sintonía

Vamos a ir realizando los cálculos con un ejemplo. Queremos cálcular un escalón de:

• Potencia: 25 kvar
• Tensión de servicio: 400 V
• Frecuencia de red: 50 Hz
• Frecuencia de sintonia: 189 Hz

1. Factor de sobretensión

El factor de sobretensión o desintonia caracteriza la frecuencia de sintonia del filtro. Normalmente la encontrareis expresada como un porcentaje y con la denominación de p%.

Los factores p% más comunes a nivel comercial son: 5,67%, 7%, 8,7% y 14%. Entre ellos el factor p% del 7% es el más estándar.

Cada uno corresponde a una frecuencia de sintonía en función de la frecuencia de red.

P%	14%	8,7%	7%	5,67%
Red 50 Hz	134 Hz	170 Hz	189 Hz	210 Hz
Red 60 Hz	160 Hz	203 Hz	227 Hz	252 Hz

Para calcular el factor el factor de desintonía utilizaremos la expresión

donde f_red es la frecuencia de la red y f_sint es la frecuencia de sintonía del filtro. Que a su vez es la relación que tendrán la impedancia de la reactancia y la impedancia del condensador.

Por tanto, en nuestro ejemplo si queremos sintonizar a 189 Hz en una red de 50 Hz, el factor de sobretensión o desintonia será

2. Impedancia de la batería o escalón

Para calcular la impedancia de la batería o escalón partimos de la expresión

donde Q_BAT es la potencia de la batería de condensadores en VAr, U es la tensión de la red, y X_BAT es la impedancia de la batería de condensadores o escalón.

De aquí podemos despejar la impedancia, quedando

en nuestro ejemplo nos dará una impedancia de 6,4 ohms.

3. Capacidad del condensador

Al montar una reactancia y un condensador en serie, la potencia de la batería de condensadores o escalón será

En este punto debemos recuperar lo que indicamos en el punto uno acerca de el factor de sobretensión. De esta forma podemos despejar la impedancia del condensador y a su vez la capacidad total.

en nuestro ejemplo nos dará 6,8817 ohms

y la capacidad total de 462,5 μF

4. Inductancia

Volvemos a la expresión del factor de sobretensión o desintonía para despeja la impedancia de la reactancia y obtener así el valor de la inductancia.

siguiendo con el ejemplo y con los datos calculados previamente, el valor de la impedancia de la reactancia debería ser de 0,4817 ohms.

Podemos calcular entonces el valor de la inductancia

en el ejemplo nos da como resultado una inductancia de 1,533 mH.

5. Corriente de la batería de condensadores o escalón

En este punto vamos a calcular la corriente de la batería de condensadores

siguiendo con el ejemplo, la corriente del escalón o batería será de 36,08 A.

6. Tensión reactancia y condensador

Primero debemos calcular la tensión en la reactancia, porqué al final la tensión en bornes del condensador va a ser la tensión del sistema más la tensión de la reactancia.

Sustituyendo con los los valores calculados previamente obtenemos que la tensión en la reactancia será de 30,1 V.

Por tanto, la tensión en bornes del condensador va a ser de 430,1 V

Es muy importante tener en cuenta dicha tensión ya que influirá a la hora de escoger el condensador. Un condensador cuya tensión nominal sea inferior a la calculada, al final acabará dañándose.

7. Potencia del condensador y sobredimensionamiento

Teniendo en cuenta los valores calculados vamos a calcular la potencia del condensador

Para tener mayor margen de seguridad ante fluctuaciones de tensión vamos a sobredimensionar el condensador a una tensión superior a la que tendrá permanentemente es sus bornes. En este caso lo sobredimensionaremos a 460 V.

Simplemente calculamos la potencia a diferente tensión. Si quieres mas detalles lo explico en este otro post.

8. Comprobación de la sintonia

Finalmente vamos a comprobar que los valore calculados sean correctos para la frecuencia de sintonía del filtro.

Aquí partimos de que la sintonía es cuando el valor de impedancia del condensador es igual al de la reactancia (X_C = X_L).

De esta igualdad se puede obtener la frecuencia de sintonia, siendo esta igual a

si utilizamos los valores calculados previamente obtenemos que la frecuencia de sintonía de nuestro filtro es de 189 Hz, dando por valido los cálculos

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Como siempre, espero que haya quedado claro la forma de hacer el cálculo del filtro de rechazo o desintonizado …. y si te ha sido útil, deja un comentario en el vídeo.