Quin és l’interval de potència de l’SVG adequat per a ús industrial?

Quin és l’interval de potència de l’SVG adequat per a ús industrial?

Un generador estàtic de vars (SVG) compensa dinàmicament la potència reactiva —injectant o absorbint vars en escala de mil·lisegons— per estabilitzar la tensió al punt de connexió comú. La gamma de potència abasta des d’unitats compactes de 50 kvar muntades a la paret per a càrregues individuals de motors fins a sistemes en contenidors de 50 Mvar per a instal·lacions de forns d’arc elèctrics. La selecció de la capacitat SVG adequada requereix adaptar l’abast de compensació, la velocitat de resposta i el rendiment harmònic al perfil específic de càrrega industrial.

L’espectre de potència SVG

Al rang inferior, els mòduls SVG de 50–500 kvar en armaris per a muntatge a la paret o en versió autònoma serveixen càrregues individuals: un accionament de velocitat variable de 250 kW amb un factor de potència de desplaçament de 0,75 necessita aproximadament 165 kvar de compensació per aconseguir un factor proper a la unitat. Aquestes petites unitats SVG s’instal·len al centre de control de motors i compensen localment, reduint el corrent reactiv que circula per els transformadors i els cables situats a montant.

Al rang mitjà, els sistemes SVG de 1–10 Mvar formats per diversos mòduls de potència connectats en paral·lel serveixen plantes industrials amb una demanda reactiva agregada: una fàbrica de paper amb una càrrega motora connectada de 8 MW i un factor de potència mitjà de 0,82 necessita aproximadament 4,5 Mvar per arribar a 0,98. Els sistemes SVG de rang mitjà solen utilitzar mòduls de potència de 500 kvar o 1 Mvar en una configuració mestre-esclau; quan un mòdul falla, els mòduls restants redistribueixen la càrrega de compensació sense interrupció.

Al sector superior, els sistemes de 15–50 Mvar resolen les aplicacions industrials més exigents: forns d’arc elèctric, on la demanda de potència reactiva oscil·la entre 0 i 40 Mvar en un sol cicle de fusió de 50 segons, i parcs eòlics, on els codis de xarxa exigeixen que la planta subministri o absorbeixi potència reactiva segons una corba de capacitat definida al punt de connexió, fins i tot quan les turbines eòliques no estan generant. Aquestes instal·lacions importants de SVG utilitzen configuracions en contenidors o en edificis especialitzats, amb múltiples grups de potència de 2–5 Mvar connectats en paral·lel, refrigeració líquida i arquitectures de control redundants.

Metodologia de dimensionament

La capacitat de l’SVG no és simplement la diferència aritmètica entre la potència reactiva mesurada i la potència reactiva objectiu. Les càrregues dinàmiques — especialment les que presenten variabilitat subcíclica — requereixen una reserva de capacitat per sobre del requisit mitjà de compensació. Una regla empírica per a aplicacions amb forn d’arc consisteix a dimensionar l’SVG entre 1,2 i 1,5 vegades la potència nominal (en MVA) del transformador del forn, ja que la demanda de potència reactiva durant la fase inicial de fusió de la ferralla pot superar la mitjana en un 30–50%.

El càlcul de dimensionament comença amb les dades de càrrega: potència activa (MW), factor de potència existent, factor de potència objectiu i la taxa màxima de canvi de potència reactiva (Mvar/seg). Per a una planta industrial que consumeix 12 MW amb un factor de potència de 0,80 i un objectiu de 0,98, la compensació reactiva necessària és:

Q = P × (tan(cos⁻¹PF₁) – tan(cos⁻¹PF₂)) = 12 × (0,75 – 0,20) = 6,6 Mvar

La configuració SVG estàndard més propera seria de 7 Mvar, que proporciona un marge de seguretat del 6 % per a condicions transitoris. Si la càrrega inclou una variació reactiva del 30 % en un segon —cosa habitual en aplicacions de soldadura per punts i premses d’estampació—, l’SVG també ha de complir el criteri de resposta dinàmica, normalment especificat com una resposta a graó del 90 % en menys de 5 mil·lisegons.

Interacció harmònica

Qualsevol SVG funciona com un inversor font de tensió que commuta a una freqüència de 5–20 kHz. Aquesta freqüència de commutació genera harmònics característics que cal filtrar per complir els límits de la norma IEEE 519 o de la IEC 61000-3-6 al punt de connexió comú. Els fabricants d’SVG especifiquen la distorsió harmònica total de corrent (THDi) del corrent de compensació injectat —normalment inferior al 3 % en sistemes basats en IGBT amb filtres de sortida LCL.

La interacció entre els filtres de sortida SVG i els bancs existents de condensadors per a la correcció del factor de potència requereix una anàlisi. Un banc de condensadors fix instal·lat anys abans de l’afegit del SVG pot formar un circuit ressonant amb el filtre de sortida del SVG a una freqüència que amplifiqui un harmònic generat en una altra part de la planta. Una exploració de la impedància de xarxa —mesurada o simulada amb el banc de condensadors connectat— identifica els punts de ressonància abans de la instal·lació del SVG.

Cas: Farga d’acer redueix les càrregues punitives

Una fàbrica d’acer a l’Àsia Meridional que operava un accionament de laminació primària de 15 MW amb un factor de potència per desplaçament mitjà de 0,72 pagava aproximadament 18.000 $ mensuals en càrrecs per potència reactiva imposats per la companyia elèctrica. El perfil de càrrega de la fàbrica incloïa oscil·lacions reactives de 5–8 Mvar durant l’entrada dels lingots a cada estació de laminació, provocant caigudes de tensió que activaven interrupcions per baixa tensió als accionaments una mitjana de dues vegades al mes. La fàbrica va instal·lar un sistema SVG de 10 Mvar, configurat com a quatre mòduls de potència de 2,5 Mvar connectats en paral·lel amb un bus de corrent continu compartit, subministrat per un fabricant integrat d’equipaments elèctrics. Les mesures posteriors a la instal·lació van confirmar un factor de potència mitjà de 0,98 i van eliminar completament les interrupcions per baixa tensió. Només els estalvis en càrrecs punitius van permetre recuperar el cost d’inversió del sistema SVG en 14 mesos.

Preguntes freqüents

Quina és la diferència entre un sistema SVG i els bancs tradicionals de condensadors?

L'SVG permet un ajust continu i sense salts de la potència reactiva mitjançant electrònica de potència, amb un temps de resposta inferior a 5 ms. Els bancs de condensadors proporcionen una compensació per salts mitjançant commutació mecànica o per tiristors, amb temps de resposta de 40–100 ms. L'SVG és obligatori per a càrregues amb variacions de potència reactiva inferiors al segon.

Pot l'SVG compensar tant potència reactiva inductiva com capacitiva?

Sí. L'SVG opera en els quatre quadrants: injecta vars (mode capacitiu) o absorbeix vars (mode inductiu), controlant l'amplitud de la tensió de sortida respecte a la tensió de xarxa. La transició entre modes és perfectament fluida i es produeix dins d'un sol cicle de control.

Com es gestiona la refrigeració de l'SVG?

Les unitats petites d'SVG, per sota de 500 kvar, utilitzen refrigeració per aire forçat amb ventiladors interns. Els sistemes de gamma mitjana, de 1–10 Mvar, utilitzen aire forçat amb intercanviadors de calor externs. Els sistemes grans, de 15–50 Mvar, solen fer servir refrigeració líquida amb refrigerant d'aigua-glicol i refredadors secs exteriors, assolint una capacitat de refrigeració de 30–50 kW per mòdul de potència.

Quin tipus de manteniment requereix un sistema SVG?

Inspecció anual dels filtres d’aire, del funcionament dels ventiladors i de la mesura de la capacitat del banc de condensadors a l’enllaç de corrent continua. Els mòduls de semiconductors de potència —IGBT— són sense manteniment durant la seva vida útil dissenyada de 15–20 anys, sempre que operin dins dels límits de temperatura especificats.

Com interacciona l’SVG amb l’equipament existent de correcció del factor de potència?

El controlador SVG es pot configurar per coordinar-se amb bancs de condensadors fixos, reduint la sortida de l’SVG quan les etapes de condensadors estiguin en servei. Un estudi de coordinació adequat evita l’oscil·lació entre el controlador SVG i els controladors de condensadors escalonats. Proveïdors integrats com Sinotech Group ofereixen serveis de posada en marxa que inclouen l’ajust de la coordinació.

Quina és la instal·lació SVG més petita pràctica?

50 kvar en un armari de muntatge mural és el mínim pràctic. Per sota d’aquest llindar, el cost fix de l’electrònica de potència i del sistema de control fa que l’SVG sigui antieconòmica respecte als bancs de condensadors fixes o commutables. El punt de creuament econòmic entre bancs de condensadors i SVG sol ser de 150–200 kvar.