Tema: Conexión de los Bancos de Capacitores Objetivo General: Inve Invest stig igar ar las las cone conexi xion ones es de los los banco bancoss de capa capaci cito tore ress medi median ante te el análi análisi siss de la inform informaci ación ón adquiri adquirida da tanto tanto en libros libros como como en páginas páginas virtua virtuales les para para compre comprende nderr su funcionamiento y aplicación en los sistemas de potencia.
Objetivos Específicos: 1. Conocer Conocer los los tipos tipos de conexiones conexiones de de bancos bancos de capacitores. capacitores. 2. Entend Entender er el funcio funcionam namien iento to de cada cada conexió conexión. n. 3. Indagar Indagar su utilización utilización dentro de los sistemas sistemas de de potencia. potencia.
Marco Teórico: BANCO DE CAPACITORES Conjunt Conjunto o de dos o más capacitor capacitores es interc intercone onecta ctados dos entre entre sí e integr integrados ados en un solo solo gabinete, gabinete, que puede incluir accesorios, accesorios, descargadores, descargadores, protecciones protecciones eléctricas eléctricas,, barras o cables de interconexión, dispositivos de conexión y desconexión, equipos de control y envolvente o estructura soporte.
Características generales del banco de capacitores. a) Deben estar estar construid construidos os con combinacion combinaciones es serie – paralelo paralelo de unidades unidades capaciti capacitivas vas o únicamente de combinaciones de unidades en paralelo, dependiendo de la tensión nominal y de la capacidad del banco. b) La capacidad de cada paso conmutado, debe corresponder con los requerimientos de demanda de potencia reactiva de las cargas en operación, de tal forma que siempre se mantenga un factor de potencia por arriba del 90 por ciento. c) Se debe suminis suministra trarr como parte del banco banco de capaci capacitor tores es un siste sistema ma integral integral de medición y control del tipo multifunción, con señalización y alarmas, que garantice la sali salida da del del banc banco o o de cual cualqu quie iera ra de sus sus paso pasos, s, en even evento toss de fall fallaa por por cortocircuito, sobrevoltaje, desbalance del neutro o pe rdida de fase. d) El arreglo arreglo del banco banco se debe debe ensamblar ensamblar en un solo solo gabinete gabinete formado formado por secciones secciones o celdas, donde en cada una de ellas se aloje los arreglos de capacitores y el equipo de protección y control. En una sección del tablero debe instalarse el interruptor de potencia y el equipo de protección, control y medición, en otra(s) sección(es) del tablero los demás componentes que requiera el banco de capacitores tales como
arreglos de capacitores, dispositivos de descarga, reactores, desconectadores, cuchillas, entre otros. e) La cantidad de unidades debe garantizar que ante el retiro o falla de una unidad del grupo no provoque una sobretensión superior al 10 por ciento de la tensión nominal en otras unidades del grupo. f) La conexión entre unidades de capacitores en la misma fila, debe garantizar el reemplazo de alguna de las unidades. g) El aislante utilizado (dieléctrico) puede ser líquido biodegradable, no contaminante, no toxico, no polarizado, libre de bifenilos policlorados, con alta resistencia dieléctrica, o tipo seco. h) Debe garantizarse acceso a todas las unidades para inspección o mantenimiento. i) Debe garantizarse que no exista desplazamiento de las unidades internas por efecto de sismos.
FACTOR DE POTENCIA
Es la relación de la potencia activa y la potencia aparente. Un factor de potencia elevado es un síntoma indicativo de la utilización eficiente de la energía eléctrica, mientras que un bajo factor de potencia indica una deficiente y pobre utilización. Cabe aclarar que se pueden tener demasiadas cargas instaladas (inductivas, capacitivas y resistivas) pero el factor de potencia va a depender del tipo de carga que se tenga en operación.
Fp= cos P /S
POTENCIAS ACTIVA - WATTS (W) Esta potencia convierte la energía eléctrica en otras formas de energía: Mecánica,
Luminosa, Térmica y Química REACTIVA - VOLTS-AMPERES-reactivos (VAr) Es la potencia utilizada para la generación de un campo eléctrico o magnético en dispositivos tales como: Motores, Transformadores y Capacitores
3.- APARENTE - VOLTS-AMPERES (VA)
Esta potencia es el producto de la corriente y el voltaje o la resultante de la Suma de los vectores de la potencia activa y la potencia reactiva.
CONEXIÓN DE LOS BANCOS DE CAPACITORES Los capacitores instalados en los sistemas de potencia, para cumplir con cualquiera de las funciones descritas en los sistemas trifásicos, se pueden conectar en cualquiera de las conexiones trifásicas clásicas que son: Delta, Estrella con neutro sólidamente aterrizado,
Doble Estrella y Estrella con neutro flotante. En particular, para las conexiones en estrella existen variantes que están relacionadas principalmente con los factores:
Los transistores de voltaje y de corriente.
La protección contra sobrecorriente y su coordinación.
El nivel de tensión del sistema al cual se van a conectar.
La capacidad, el banco y la protección al mismo.
CONEXIÓN ESTRELLA CON NEUTRO SÓLIDAMENTE ATERRIZADO En esta conexión, el voltaje de las unidades capacitivas debe ser igual o mayor que el voltaje de fase a neutro del sistema al cual se van a conectar. Normalmente esta conexión se usa en sistemas de distribución, en rangos de tensiones hasta 34.5 kV. La capacidad del banco en kVAR se selecciona de manera que proporcione la potencia reactiva deseada en el sistema. Cada fase está formada por grupos de unidades capacitivas conectadas en serie paralelo para dar el valor de potencia deseado. En este tipo de arreglo generalmente se adopta una protección por fusibles para cada unidad capacitiva. Existe también la posibilidad de proteger a los fusibles por grupo, esta opción se usa generalmente en sistemas de distribución con compensación de baja capacidad. En estos arreglos, se presenta el problema de que la falla en una unidad capacitiva presenta sobretensiones en el resto de las unidades del arreglo, sometiéndolas a mayores esfuerzos dieléctricos.
La conexión estrella con neutro sólidamente aterrizado, tiene la ventaja de permitir un balanceo de fases más fácil que en otras conexiones.
CONEXIÓN ESTRELLA CON NEUTRO FLOTANTE. Este tipo de conexión se usa en sistemas de tensión medias a altas, por ejemplo, en 69 KV o mayores, presenta la ventaja de evitar en forma importante la presencia de transitorios de sobretensiones y permite también una mejor protección contra sobrecorriente; en cambio tiene el problema de desbalance de voltaje, que hace que aparezcan voltajes al neutro, por lo que es necesario incorporar una protección contra sobrevoltajes al neutro.
CONEXIÓN DELTA. Esta conexión se usa generalmente en baja tensión (600 V o menos) en motores eléctricos o cargas de valor similar, para corrección del factor de potencia tiene la ventaja sobre las conexiones de estrella de que no presenta problemas de desbalance y confina también las corrientes armónicas.
CONEXIÓN DOBLE ESTRELLA CON NEUTRO AISLADO Este esquema de protección se basa en la variación de impedancias de una de las fases de una de las estrellas del banco al ocurrir un fallo en alguno de los condensadores. Cuando entre los neutros de las estrellas, sobre la cual se conecta el primario de un transformador de corriente con un único núcleo de medición, cuyo secundario alimenta a su vez a un relé de sobrecorriente. Este tipo de protección se emplea en casi todos los bancos de MT de mediana y gran potencia, particularmente los instalados en subestaciones. La variación de impedancia en bancos con condensadores sin fusibles internos se produce por la actuación de un fusible externo. En este caso la impedancia aumenta en la fase con unidades fuera de servicio, en forma proporcional a la cantidad de las mismas. En los bancos fabricados con condensadores con fusibles internos, la actuación de uno de éstos también ocasiona un aumento de la impedancia en esa rama, aunque en este caso dicha variación es mucho menor, ya que los demás elementos de ese condensador continúan funcionando. Por consiguiente el ajuste de la protección debe discriminar variaciones de corriente de desequilibrio mucho menores. En algunos casos es conveniente disponer de un amperímetro que en todo momento mida la corriente de desequilibrio de base, de modo de poder observar variaciones que puedan dar indicios prematuros de algún inconveniente en el banco. En otros casos se puede optar por una protección con un primer escalón de alarma y un segundo escalón de desconexión.
Criterio Personal: Los bancos de capacitores son un conjunto de capacitores conectados entre sí ya sea en estrella o delta como también en combinaciones en serie o paralelo, o serie – paralelo, los cuales se encuentran integrados en solo gabinete o cajón conjuntamente con accesorios de protección, medición y control. Son utilizados en sistemas de potencia generalmente para corregir el factor de potencia en sistemas trifásicos, los cuales podemos conectarlos en: Delta, Doble estrella, Estrella con neutro sólidamente aterrizado y Estrella con neutro flotante. La conexión delta es utilizada generalmente en bajas tensiones en motores o cargas similares, tiene ventaja sobre las conexiones de estrella ya que no presenta problemas de desbalance y sobretodo son de costos económicos. La conexión doble estrella generalmente es utilizada en media tensión para medianas y grandes potencias, generalmente en bancos instalados en subestaciones. La conexión estrella con neutro sólidamente aterrizado es utilizada en sistemas de distribución, tiene la ventaja de permitir un balanceo de fases más fácil que en otras conexiones. La conexión estrella con neutro flotante generalmente se utiliza en sistemas de tensiones medias o altas, tiene la ventaja de evitar la presencia de transitorios de sobretensión y sobretodo una mejor protección contra sobrecorriente, pero presenta un problema de desbalance de voltaje, y por esta razón aparecen voltajes en el neutro.
Análisis Técnico: Los bancos de capacitores deben ser construidos generalmente con combinaciones serie – paralelo o combinación paralelo, según la potencia y la tensión nominal del sistema en el que sea conectado. Poseen sistemas de control y medición con señalización y alarmas que asegure la desconexión en eventos de falla por cortocircuito, sobrevoltaje, desbalance del neutro o pérdida de fase. En la construcción de los bancos de capacitores, el total de unidades de capacitores debe asegurar que ante el retiro o falla de alguna unidad capacitiva esto no provoque una sobretensión superior al 10% de la tensión nominal en el resto de unidades capacitivas. El factor de potencia es la relación entre la potencia activa y la potencia aparente, cuando el factor de potencia es elevado esto significa la utilización eficiente de la energía eléctrica, en cambio si el factor de potencia es bajo existe una pobre y deficiente utilización de la energía eléctrica, pero cabe aclarar que el factor de potencia depende de la carga instalada para su operación. La conexión delta trabaja con tensiones bajas de 600V o menos para corrección del factor de potencia y no presenta problemas de desbalance. La conexión doble estrella generalmente es utilizada en media tensión para medianas y grandes potencias, generalmente en bancos instalados en subestaciones. La conexión estrella con neutro sólidamente aterrizado es utilizada en sistemas de distribución en rangos de tensiones hasta 34.5 kV, son generalmente utilizados en combinaciones serie – paralelo para dar el valor deseado a la potencia. La conexión estrella con neutro flotante generalmente se utiliza en sistemas de tensiones medias o altas en rangos de tensiones desde 69 kV o mayores, posee una gran ventaja que es evitar la presencia de transitorios de sobretensión y sobretodo una mejor protección contra sobrecorriente.
Conclusiones:
Los bancos de capacitores son utilizados en sistemas de potencia para corregir el factor de potencia de sistemas trifásicos.
Los bancos de capacitores generalmente son utilizados en combinaciones serie – paralelo para la instalación en los sistemas trifásicos.
La conexión delta de los bancos de capacitores es la más utilizada por sus costos bajos de construcción.
La conexión doble estrella en los bancos de capacitores son utilizados en media tensión, instalados en subestaciones.
Los efectos que producen el bajo factor de potencia son las perdidas por efecto joule, caída de voltaje, disminución en capacidad de la carga.
Recomendaciones:
Cada conexión tiene su aplicación correspondiente y al instalarles en forma incorrecta esto podría ocasionar fallas en los sistemas de potencia.
Todo sistema de potencia debe trabajar con el factor de potencia establecido para evitarse multas.
Cada banco de capacitores tiene sus características de fabricación las cuales debemos conocer para el trabajo y conexión el mismo.
No debemos exponer a los capacitores a tensiones mayores a la nominal ya que se reduciría su vida útil.
El banco de capacitores debe ser construido según los requerimientos de demanda de potencia reactiva de las cargas en operación, de tal forma que siempre se mantenga un factor de potencia por arriba del 90 por ciento.
Bibliografía:
HENRIQUEZ Gilberto, Manual de Equipos Eléctricos, Editorial LIMUSA, 2008, pág. 346 – 354
