¿ENTRADA EN VIGENCIA DE LA CREG 015 – 2018? ¡HAY QUE HACER UN PLAN DE TRABAJO!

La estrategia que se puede aplicar en la mayoría de las instalaciones se puede sintetizar así:

1. Compensar cargas importantes con capacitores fijos, que se maniobran solidariamente con ellas.
2. Emplear sistemas de compensación conmutados de manera convencional en los barrajes del sistema de distribución y en el barraje principal, ajustándolos en forma tal que sigan de la mejor manera posible los cambios en la demanda reactiva, manteniendo una consigna superior pero cercana a 0.9 inductivo. Esto implica, en la gran mayoría de los casos revisar y optimizar los sistemas existentes, en lugar de entrar a descartarlos de entrada.
3. Instalar una solución de alta velocidad de respuesta asociado al barraje principal (o a algunos barrajes principales) que permita compensar los baches que se generen en el resto del sistema de distribución de energía durante las transiciones de carga, dando tiempo para que los sistemas conmutados ajusten su entrega a la carga ubicada aguas abajo, y manteniendo un margen de seguridad razonable que permita soportar la salida de servicio por falla de algunas cargas de compensación distribuidas en el sistema.
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Teniendo en cuenta la estrategia delineada anteriormente, se plantean las siguientes recomendaciones:

1. Compensación con bancos fijos asociados a la alimentación de equipos de conversión principales: Al asociar un banco fijo de la capacidad adecuada, directamente a la alimentación de equipos de conversión principales (transformadores y motores de capacidad importante) se está garantizando la mitigación de la energía reactiva asociada a su magnetización, sin que haya riesgo de sobrecompensación derivada de conexión permanente a la red, ya que al desconectar la carga que genera la demanda de reactivos, también queda fuera del circuito la compensación asociada.

   Bajo esta perspectiva, no solo es razonable conservar las compensaciones fijas asociadas directamente a la entrada y salida de los equipos de conversión, sino que también lo es revisar la posibilidad de implementar este esquema en diferentes equipos de conversión que, por su capacidad, tienen requerimientos significativos de reactivos para su magnetización.

   El único aspecto sobre el que se debe tener precaución especial concierne al nivel de armónicos que puede estar presente en la red. En este sentido, lo más conveniente es que se monten conjuntos condensador-inductor y que se instalen medios de desconexión y protección mediante fusibles para evitar la posible ocurrencia de fallas involucrando altos niveles de descarga de energía, sobre todo si se trata de condensadores conectados en media tensión.

   Lo que no se puede hacer bajo ninguna circunstancia, a la luz de las nuevas directrices de la CREG, es mantener conectadas de manera permanente cargas de compensación capacitiva fijas, cuyo aporte sobrepase la demanda de reactivos de la instalación cuando esta se encuentra energizada, pero sin carga. Desafortunadamente, la reglamentación que hasta ahora ha estado vigente no tenía ninguna restricción en cuanto a sobrecompensación y por esta razón y por el hecho de que el consumo de reactivos se ha venido liquidando mensualmente, se convirtió en una costumbre instalar compensación con bancos fijos (o etapas fijas en bancos regulados) en exceso de la demanda mínima en condiciones de energización, conectada directamente a barrajes principales.

2. Compensación con bancos conmutados a relevadores, en subestaciones satélite y subestaciones principales: Bajo los nuevos lineamientos, los principales problemas que se pueden presentar con las características propias de los bancos conmutados con relevadores, como los que están instalados en la mayoría de facilidades productivas, son los siguientes:
   
   1.  Presencia de etapas fijas que se mantienen conectadas todo el tiempo, cuya capacidad no necesariamente es igual o inferior a la demanda de energía reactiva inductiva en condiciones de mínima carga.
   2.  Problemas de combinación inadecuada de tamaño de paso y banda muerta para conexión y desconexión de pasos. Esto determina que la entrega de potencia del banco no se adapte de manera adecuada a las variaciones en la demanda de la carga, así estas no se presenten con alta velocidad y en forma permanente, y puede generar condiciones de sobrecompensación o de subcompensación sostenidas.
   3. Compromiso entre la velocidad de respuesta de la tecnología, la necesidad de limitar el número de maniobras para preservar la integridad de los relevadores de potencia y la restricción de evitar las condiciones de sobrecompensación o de subcompensación.

Sin embargo, si las capacidades de las etapas se ajustan adecuadamente y los sistemas de control se parametrizan, en concordancia con la necesidad de mantener un factor de potencia superior pero cercano a 0.9 y con ajuste a los cambios sostenidos en la carga (por ejemplo los derivados de la puesta en marcha o de la parada de una sección o de equipos principales), se puede lograr un resultado de compensación completamente satisfactorio en aquellos casos en los que el proceso al que están asociadas las cargas es continuo (por ejemplo producción de cemento, extracción y tratamiento de crudo, etc) y una mejora significativa en sistemas que presentan variaciones significativas en la carga.

De este modo, la solución no consiste en entrar a decomisionar y reemplazar los sistemas convencionales conmutados a relevadores disponibles en planta, sino proceder a su rehabilitación y a la revisión de su configuración física con el fin de asegurar que operen en banda inductiva para contribuir de manera eficaz a reducir la demanda de energía reactiva del sistema global. Lo anterior implica lo siguiente, en cada caso:

• 1. Revisar la operación del equipo de compensación a través de registros de parámetros eléctricos en diferentes condiciones factibles de operación para determinar los ajustes a ser realizados.
     
     
  2. Eliminar completamente las etapas fijas, bien sea suprimiendo los componentes, o incorporándose al esquema de conmutación del banco.
     
     
  3. Ajustar el tamaño de las cargas individuales y el número de etapas en forma tal que permitan lograr una operación más flexible en concordancia con la forma en la que puede variar la carga del sistema. El ajuste del tamaño de las cargas es posible en la medida en que estas en realidad son conjuntos de condensadores cuya conexión puede ser modificada y, por otra parte, la adición de etapas es viable en muchos casos porque los bancos, por lo general, se construyen bajo un esquema escalable y por ello el esquema de maniobra puede ser modificado fácilmente, simplemente agregando los componentes pertinentes y solo en algunos pocos casos podría requerirse algún trabajo metalmecánico particular. En algunos pocos casos podría requerirse cambiar el controlador si sus características no permiten efectuar los cambios de operación deseados.

En caso de que se trate de bancos convencionales desintonizados (con cargas compuestas únicamente por condensadores) la fórmula de solución planteada solo podría verse comprometida si existen niveles de distorsión armónica altos y si, a la vez, en las diferentes configuraciones de operación de los bancos se pueden tener condiciones de resonancia para las armónicas presentes en condiciones normales para el sistema. Para validar esto, lo que se hace usualmente es adelantar un cálculo de flujo de carga de armónicos sobre el sistema, pero, dependiendo de las circunstancias, esto puede ser demorado y oneroso. Una forma directa y segura de identificar posibles condiciones de resonancia es a través de la revisión del comportamiento armónico de las tensiones para las frecuencias de excitación pero a través de los mismos registros de parámetros eléctricos. De esta manera, es fácil identificar posibles condiciones de resonancia al revisar el comportamiento armónico de la tensión (en condiciones de resonancia se presentará distorsión apreciable en las armónicas de tensión en las que se presentan condiciones de impedancia indeseadas en el barraje correspondiente). De haber susceptibilidad a que se presenten condiciones de resonancia se tendrían que agregar reactancias de desintonización a los bancos y los costos derivados de ello podrían hacer atractivo el reemplazar el sistema por uno de tecnología más avanzada, pero esto no es algo particularmente común. Por el contrario, si al revisar las distribuciones armónicas de tensión en condiciones normales de operación y bajo variación de carga no se observan indicios de resonancia, lo más razonable es conservar el equipo y ajustar su operación según se indicó anteriormente.

Como una mejora en la seguridad de este tipo de equipos, resulta conveniente instalar fusibles limitadores en las alimentaciones de las diferentes etapas. Esto garantiza que bajo ninguna circunstancia se presentarán condiciones potenciales de explosión, las cuales son riesgosas, independientemente del nivel de tensión al que opere el condensador.

En caso de que se trate de bancos sintonizados, es decir, bancos con cargas compuestas por conjuntos condensador conectado en serie con reactancia, es conveniente que en el proceso de rehabilitación se revisen de manera cuidadosa los siguientes aspectos, aparte de la condición física de los elementos en cuestión:

• 1. Capacidad y categoría de maniobra de los relevadores de potencia.
  2. Capacidad de cortocircuito de interruptores de potencia.
  3. Características de fusibles limitadores, si los hay.
  4. Características de dispositivos de protección contra sobretensiones.

Debido a que, al maniobrar con contactores cargas que se encuentran compuestas por condensadores e inductores en serie, se pueden generar condiciones particulares de tensión y corriente que podrían determinar la explosión del dispositivo usado para la conexión/desconexión es crítico asegurar que el banco tenga protección rápida contra sobrecorriente y contra sobretensión (fusibles y supresores de sobretensiones) y, si en el diseño original no fueron considerados tales elementos, se debe proceder a incorporarlos de inmediato en aras de asegurar la estabilidad operativa y la seguridad del equipo.

Incorporación de compensación de alta velocidad de respuesta aguas arriba de los sistemas fijos o de baja velocidad de respuesta.

3. La incorporación de un sistema de compensación de alta velocidad de respuesta aguas arriba de sistemas fijos o de baja velocidad de respuesta permite controlar de manera eficaz y económica el flujo de energía reactiva hacia y desde el sistema de potencia. Este planteamiento es consistente con la racionalización de las inversiones en la medida en la que se orquestan de manera eficaz diferentes soluciones, obteniendo un resultado adecuado con la mínima inversión posible.

   Este planteamiento es totalmente funcional siempre y cuando el sistema de compensación de alta velocidad este asociado a la(s) alimentación(es) principal(es) y si la medida de su control se encuentra ubicada aguas arriba de la zona de influencia de los sistemas de compensación de baja velocidad de respuesta. Para que la inversión en compensación de alta velocidad se racionalice, esta debe dimensionarse en forma tal que sirva para compensar las variaciones rápidas y que tenga una capacidad de reserva limitada que permita compensar la eventual salida de servicio de alguna(s) etapa(s) de los bancos ubicados aguas abajo.

Existen tres tecnologías de alta velocidad basadas en cargas LC:

1. Thyristor Switched Capacitor -(TSC), que ofrece un tiempo de respuesta de un ciclo (16,66 ms).
2. Tecnología Híbrida (TSC+PWM), que ofrece un tiempo de respuesta del orden de 1 ms
3. Tecnología de modulación de ancho de pulso (PWM), que ofrece Un tiempo de respuesta típico de 0.1 ms

La tabla 1 resume las principales características de las tecnologías disponibles basadas en componentes lineales

Todos los equipos de alta velocidad son sintonizados, es decir, tienen una respuesta en frecuencia definida por la combinación de las características de los componentes inductivos y capacitivos que incorporan y por ello solo son susceptibles a entrar en resonancia en unos anchos de banda de frecuencia que, por diseño, se definen en forma tal que se encuentren muy alejados de las armónicas que se podrían encontrar en un sistema eléctrico normal.

Al incorporar el equipo de alta velocidad en la alimentación o alimentaciones principales es posible lograr una regulación adecuada a nivel global y, de hecho, y se da la oportunidad de que los equipos regulados de baja velocidad ubicados aguas abajo ajusten el aporte de reactivos en su zona de influencia, sin que ello afecte el desempeño global del sistema en lo que concierne a las restricciones para consumo y aporte de energía reactiva.

Tal como se indicó anteriormente es conveniente que se hagan previsiones razonables para que el sistema de compensación de alta velocidad pueda responder ante la eventual salida de etapas de equipos ubicados aguas abajo. Otra opción es habilitar etapas disponibles de reserva en los equipos de baja velocidad que puedan ser puestas en servicio cuando se identifiquen fallas en sus homólogas.

Otras consideraciones importantes en cuanto a la selección de los equipos de compensación de alta velocidad son las siguientes:

Los equipos deben tener una estructura simple y modular, de manera que puedan ser intervenidos por el personal de planta en lugar de que se requiera el apoyo de personal especializado externo.

Los manuales y planos necesarios para mantenimiento deben estar disponibles por parte del fabricante como parte del suministro.

Deben estar construidos con base en componentes estándar, dentro de lo posible (hay algunos componentes tales como los controles que, definitivamente, no pueden ser estándar), de modo que para una gama significativa de fallas sea posible efectuar una reparación sin tener que esperar meses por un repuesto o por una reparación en fábrica o sin incurrir en el costo de adquirir partes que solo pueden ser suministradas por el fabricante o por su representante local.

El hecho es que bajo el nuevo esquema de penalización se debe asegurar que los sistemas de compensación capacitiva se mantengan en operación y que en caso de falla puedan ser reincorporados en el menor tiempo posible.

De nada sirve un sistema que en caso de falla quede inhabilitado por semanas e incluso por meses a la espera de un repuesto o, peor aún, de la disponibilidad de una de las pocas personas en el mundo que sabe como hacerlo funcionar.