Filtro de armónicos activo o pasivo: cuál elegir

Respuesta corta

El filtro pasivo es un circuito de reactor y condensador sintonizado que ofrece un camino de baja impedancia a uno o dos armónicos y, de paso, entrega reactiva a la frecuencia fundamental. El filtro activo es un convertidor electrónico que mide la corriente de la carga e inyecta en tiempo real los armónicos opuestos, sin crear resonancias. El pasivo conviene con cargas estables y armónicos dominantes conocidos; el activo, con cargas variables, muchos órdenes armónicos o poca reactiva que compensar. La decisión correcta sale de una medición y un estudio, no del catálogo.

Qué es un filtro de armónicos y por qué se instala

Los variadores de frecuencia, los rectificadores, los cargadores y los inversores no consumen corriente sinusoidal: toman la corriente en pulsos y generan armónicos, corrientes de frecuencia múltiplo de 60 Hz. En una planta, esos armónicos calientan transformadores y cables, hacen disparar protecciones, dañan condensadores y deforman la tensión que reciben los demás equipos. Cuando la distorsión supera lo que admite el operador de red o el propio proceso, se instala un filtro de armónicos.

Hay dos familias: el filtro pasivo y el filtro activo (AHF, por active harmonic filter). Resuelven el mismo problema con principios distintos, y elegir mal sale caro: un filtro que no alcanza, o uno que crea una resonancia nueva. Esta guía explica cómo funciona cada uno, cuándo conviene cada uno y qué debe hacerse antes de comprar. Si todavía no sabe cuánta distorsión tiene, empiece por el estudio de armónicos según IEEE 519-2022.

Cómo funciona el filtro pasivo

Un filtro pasivo sintonizado es un reactor en serie con un condensador, conectado en derivación. A la frecuencia de sintonía, la reactancia del reactor y la del condensador se cancelan y el filtro ofrece un camino de muy baja impedancia: la corriente armónica de ese orden se va por el filtro en lugar de subir hacia la red. Se sintoniza normalmente un poco por debajo del armónico objetivo, para que las tolerancias de los componentes y el envejecimiento de los condensadores no lo lleven a una resonancia exacta.

Tres consecuencias que hay que conocer:

Aporta reactiva. A 60 Hz el filtro se comporta como un condensador, así que también corrige el factor de potencia. Es una ventaja si la planta necesita reactiva y un riesgo si la carga baja y queda sobrecompensada.
Crea una resonancia paralela. Junto con la inductancia de la red, todo filtro pasivo tiene una frecuencia de resonancia paralela por debajo de su sintonía. El diseño debe dejarla lejos de los armónicos presentes.
Filtra también lo que viene de afuera. El filtro no distingue entre los armónicos de su planta y los que ya trae la tensión de la red. Si la red está distorsionada, el filtro se carga con armónicos ajenos y puede sobrecargarse.

Existen variantes: filtros de un solo orden (5.º, 7.º), combinaciones de varias ramas, filtros amortiguados de paso alto y filtros pasivos de banda ancha que se instalan a la entrada de un variador. No confunda un filtro con un banco desintonizado: el banco con reactor de desintonía corrige el factor de potencia y evita la resonancia, pero absorbe pocos armónicos. Vea banco de condensadores.

Cómo funciona el filtro activo

El filtro activo es un convertidor electrónico con transistores IGBT y un bus de corriente continua. Sus transformadores de corriente miden la corriente de la carga, el control calcula el contenido armónico y el convertidor inyecta una corriente igual y opuesta. La red ve una corriente casi sinusoidal.

Lo que lo distingue:

Se adapta a la carga. Si arrancan o paran variadores, el filtro sigue la nueva corriente en tiempo real.
Cubre muchos órdenes a la vez, hasta el orden y con la respuesta que declara cada fabricante.
No crea resonancia con la red a la frecuencia fundamental, porque no es un condensador.
Tiene un límite de corriente. Se especifica en amperios de compensación. Si la carga produce más armónicos que su capacidad, el filtro compensa hasta su límite y el resto pasa a la red.
Puede hacer más que filtrar. Muchos modelos compensan también reactiva y desbalance, pero esas funciones comparten la misma corriente nominal.
Tiene más pérdidas y necesita ventilación, mantenimiento y un local adecuado, como cualquier equipo de electrónica de potencia.

Comparación rápida

Criterio	Filtro pasivo	Filtro activo
Principio	Reactor y condensador sintonizados	Convertidor que inyecta la corriente opuesta
Órdenes que filtra	Los de su sintonía (uno o pocos)	Muchos, según el fabricante
Carga variable	Pierde eficacia o sobrecompensa	Se adapta en tiempo real
Resonancia con la red	Siempre existe; debe estudiarse	No crea resonancia a 60 Hz
Reactiva	La aporta siempre	Opcional, comparte capacidad
Armónicos que vienen de la red	Los absorbe y se puede sobrecargar	Compensa solo lo que miden sus CT
Pérdidas y mantenimiento	Bajas pérdidas; revisar condensadores	Más pérdidas; ventilación y electrónica
Ampliaciones futuras	Requiere rediseño	Se agregan módulos en paralelo

Cuándo conviene cada uno

El pasivo suele ser buena opción cuando la planta tiene cargas grandes y estables (por ejemplo, un rectificador o un grupo de variadores que trabajan a régimen constante), cuando el armónico dominante está claro y cuando además necesita reactiva. También en media tensión, donde un filtro pasivo bien diseñado es una solución robusta para cargas grandes.

El activo suele ser mejor cuando la carga cambia mucho a lo largo del turno, cuando hay muchos órdenes armónicos, cuando el factor de potencia ya es bueno (porque los variadores modernos consumen poca reactiva) o cuando no se puede arriesgar una resonancia. Es frecuente en baja tensión, en el tablero de los variadores o en el centro de control de motores.

Las soluciones híbridas existen: un banco desintonizado para la reactiva y un filtro activo para los armónicos, o un filtro pasivo para el 5.º y un activo para el resto. Y a veces la mejor solución no es un filtro: reactores de línea o de bus de continua en los variadores, rectificadores de 12 o más pulsos o variadores de frente activo resuelven el problema en la fuente.

Antes de comprar: qué debe saber

Cuánta distorsión hay y dónde. Se mide con un analizador de calidad de potencia clase A durante varios días, en el punto de conexión y en los tableros con las cargas no lineales.
Qué límites debe cumplir. IEEE 519-2022 fija límites de tensión y de corriente en el punto de acoplamiento común (PCC) con la red, no en cada equipo. Algunos operadores de red los exigen en la conexión. Para el ambiente dentro de la planta, la serie IEC 61000 define niveles de compatibilidad para instalaciones industriales.
Cómo responde la red. La impedancia de la red y de su transformador decide dónde caen las resonancias. Sin ese dato, un filtro pasivo es una apuesta.
Qué condensadores existen. Un banco de condensadores sin reactor en la misma barra cambia por completo el comportamiento del filtro.
Cómo crecerá la planta. Un filtro dimensionado al límite deja de alcanzar con el próximo variador.

Con esos datos se modela la red, se simulan las alternativas y se elige la que cumple con margen. La guía IEEE 1531 es la referencia para especificar filtros pasivos; para los activos, la especificación sale del espectro medido y de las condiciones de operación.

Errores frecuentes

Comprar por catálogo, con la potencia del transformador como único dato.
Instalar un filtro pasivo junto a un banco sin reactor y crear una resonancia peor que el problema original.
Ubicar mal los transformadores de corriente del filtro activo: el filtro solo compensa lo que esos CT ven.
No revisar la sobrecompensación del pasivo cuando la planta trabaja en baja carga.
No medir después. Sin una medición de verificación no se sabe si el filtro cumple.

Hacemos su estudio

Nuestro equipo mide la calidad de potencia de su planta en Colombia, modela la red con la impedancia del operador y sus condensadores, compara las alternativas de filtrado y le entrega la especificación del filtro y la verificación de que no crea resonancias. El modelado y el estudio los hacemos de forma remota, con sus datos y las mediciones. Conozca nuestro servicio de calidad de potencia dentro de diseño de ingeniería y estudios y envíenos su unifilar y sus mediciones por contacto.

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Referencias

IEEE 519-2022, IEEE Standard for Harmonic Control in Electric Power Systems.
IEEE 1531, IEEE Guide for the Application and Specification of Harmonic Filters.
IEEE 3002.8-2018, IEEE Recommended Practice for Conducting Harmonic Studies and Analysis of Industrial and Commercial Power Systems.
IEC 61000-2-4, Compatibility levels in industrial plants for low-frequency conducted disturbances.
IEC 61000-4-30 e IEC 61000-4-7, métodos de medición de calidad de potencia y de armónicos.

Preguntas frecuentes

¿Qué es mejor, un filtro de armónicos activo o pasivo?

Ninguno es mejor en general. El pasivo es robusto y aporta reactiva, pero solo filtra los órdenes para los que se sintoniza y puede resonar con la red. El activo se adapta a la carga y cubre muchos órdenes, pero tiene un límite de corriente y más pérdidas. Lo define el perfil de su carga, la red del operador y los límites que debe cumplir en el punto de conexión.

¿Un filtro de armónicos mejora el factor de potencia?

El pasivo sí, porque a 60 Hz se comporta como un condensador y entrega reactiva; por eso hay que cuidar que no sobrecompense cuando la planta está en baja carga. Muchos filtros activos también pueden compensar reactiva y desbalance, pero esa capacidad comparte la corriente nominal del equipo con el filtrado.

¿Por qué se queman los condensadores cuando hay variadores en la planta?

Porque el banco de condensadores y la inductancia de la red forman un circuito resonante. Si la frecuencia de resonancia cae cerca de un armónico que producen los variadores, la corriente y la tensión de ese orden se amplifican y sobrecargan los condensadores y sus fusibles. Se evita con un banco desintonizado, un filtro bien sintonizado o un filtro activo, según el estudio.