COMO FUNCIONAN Y PARA QUE SIRVEN LOS BANCOS DE CAPACITORES
Compañeros los bancos de capacitores de potencia son agrupamientos de unidades montadas sobre bastidores metálicos, que se instalan en un punto de la red en subestaciones o en alimentadores de distribución con el objeto de suministrar potencia react iva y regular la tensión del sistema. El diseño de los bancos de los bancos debe satisfacer los siguientes puntos: 1. Lograr la potencia reactiva deseada en un punto del sistema, dividiendo este valor en una determinada cantidad de capacitores monofásicos de una potencia unitaria normalizada.
2. Conectar las unidades en una conexión definida generalmente en estrella o doble estrella con neutro flotante. De este modo normalmente los capacitores tiene n una tensión nominal igual a la tensión de fase del sistema.
3. Efectuar el conexionado de modo tal que permita el uso de un esquema de prote cción seguro, sencillo y económico.
4. Si fuera conveniente, dividir la potencia total del banco en escalones, de modo de insertarlos progresivamente en función de las necesidades de potencia reactiva de l sistema en cada momento.
5. Instalar el banco en un sitio que satisfaga condiciones de seguridad, comodidad, facilidad para su operación, control y mantenimiento, y que esté protegido contra intervenciones no autorizadas o vandalismo. Además de las unidades capacitivas (con o sin fusibles internos), los bancos pueden incluir elementos de protección, maniobra y control tales como seccionadores fusibles, llaves de maniobra en vacío o en aceite, sistemas de protección por desequilibrio, controladores automáticos, reactancias de inserción, etc.
De acuerdo con lo expuesto, se puede clasificar a los bancos de capacitores en: - Bancos para montaje en poste. - Bancos para montaje sobre piso, de tipos simple silla y doble silla. - Bancos para montaje sobre piso, de tipo box.
- Bancos para montaje sobre piso, de tipo torre (para Alta Tensión) - Bancos totalmente protegidos (para uso petrolero). - Bancos contenidos en celda, para interior o intemperie. Los bancos contenidos en celdas pueden ser fijos o automáticos y ejecutarse para uso interior o intemperie con el grado de protecc ión que la instalación requiera. Bancos Fijos: Generalmente disponen de protección externa por medio de fusibles de alta capacidad de ruptura. Pueden emplearse para compensación individual de grandes motores de MT, o compensación fija de barras empleando fusibles con seccionamiento.
Bancos automáticos: En este caso se emplean gener almente para compensación centralizada de barras de MT, disponiendo de uno o varios pasos que pueden ser de potencias diferentes, que mediante una adecuada combinación, permiten distintos escalonamientos de potencia reactiva disponible. Cada paso está compuesto por los siguientes elementos:
Fusibles de alta capacidad de ruptura, separados o incorporados en e l propio equipo de maniobra.
Contactores de vacío (o llave versavac para tensiones mayores a 7.2kV)
Reactores de inserción (para mas de un paso de compensación).
Capacitores o banco de capacitores de MT
Las ventajas de los bancos de capacitores en las industrias son: - Liberar capacidad en KVAR de el sistema eléctrico. - Mejorar la regulación de voltaje. - Reducir las pérdidas en el sistema. - Proporcionar la energía reactiva demandada por las car gas inductivas - Evitar el pago de multas por bajo Factor de Potencia - Alcanzar bonificaciones por alto Factor de Pote ncia
Ventajas y Desventajas de los Diferentes Tipos de Bancos de Condensadores INTRODUCCIÓN Los bancos de condensadores y series de filtro armónico se p ueden adquirir y especificar de cuatro maneras diferentes, como se muestra a continuación: 1. Bajo Gabinete Metálico: L os bancos de este tipo están totalmente rodeadas de un gabinete metálico y están normalmente ubicadas dentro una subestación con rejas o en un cuarto de conmutador de alta tensión. 2. Base de Concreto: L os bancos de este tipo están completamente rodeadas de un gabinete de acero con requerimientos de integridad contra todo error de manejo establecidos en C37.12.28 de ANSI. Est os bancos son normalmente frontales y están ubicadas en áreas de acceso público. Todas las caract erísticas disponibles en un banco con gabinete metálicas están disponible en un banco de base de concreto 3. Cremallera de Depósito: L os banco de este tipo han expuesto partes activas y están apoyadas en una estructura de acero. Est os bancos están normalmente ubicados en subestaciones con rejas. 4. Punta del Poste: L os bancos de este tipo han expuesto partes activas y están normalmente apoyadas por una vara de energía de madera.
Estos cuatro tipos de bancos proporcionan la misma función con respecto a la corrección del factor de energía, filtros armónicos y control de tensión. Su diseño físico, instalación, apariencia y características operacionales, sin embargo, pueden ser dramáticamente diferentes. Este documento proporciona información que concierne las ventajas y desventajas de cada uno de estos tipos de Bancos de Condensadores y Series de Filtro Armónico. Es importante que los ingenieros específicos y los compradores entiendan la diferencia clave entre los cuatro bancos para que se compre un tipo apropiado de banco.
BATERÍAS CON GABINETE METÁLICO Y EN BASE DE CONCRETO La figura 1 muestra una típica banco con gabinete metálico. Est os bancos ofrecen las mismas características que los bancos en base de concreto y vienen completamente armadas, probadas y listas para la interconexión. Casi todas las características de control y equipo concebibles están disponibles en este estilo de bancos. Las características claves que normalmente están incluidas con l os bancos de condensadores y series de filtro armónico con gabinete metálico son la s siguientes: Conmutador de Desconexión por Aire de Entrada Principal: Este conmutador prop orciona un acceso seguro al banco y los medios de desconexión visibles requeridos por el Código Eléctrico Nacional (NEC – Artículo 460-24(b) (2)). Todos los consumidores de energía sin utilidad no necesarios para seguir los requerimientos en NEC.
Conmutador a Tierra: Este conmutador pone a tierra los terminales de costado de carga del Conmutador de Desconexión por Aire de Entrada Principal durante la mantención. También proporciona el medio para descargar todas las cargas atrapadas en los condensadores. Para las a plicaciones industriales, se necesita el conmutador a tierra cuando el conmutador de desconexión del banco de condensadores forma una de las seis desconexiones de servicio (Artículo 230-204d de NEC). Fusibles de Entrada Principal de Corriente Limitada: Estos fusibles proporcionan una protección principal de conductor para todo el banco de condensador y serie de filtro armónico. Los fusibles se pueden cambiar de manera segura mientras que el Conmutador de Desconexión por Aire de Entrada Principal se abre. Conmutadores y Contactores de Vacío: Los Conmutadores y Contactores de Vacío permiten que el banco se encienda y apague en incremento. Reactores de Irrupción Transitoria y de Filtro Armónico: Los reactores de irrupción transitoria limitan la magnitud y frecuencia de los transitorios asociados con la conmutación del banco de condensador. Los reactores de filtro armónico sintonizan l os bancos de condensadores para especificar las frecuencias a una distorsión armónica más baja y mejorar la calidad de la energía. Los reactores de filtro normalmente serán de tipo de núcleo de hierro, mientras que los reactores de irrupción transitoria serán de tipo de núcleo de aire. Condensadores Fusionado Individualmente: L os bancos de condensadores con gabinete metálico son proporcionadas con condensadores de doble casquillo que están protegidos de la ruptura de la caja por fusibles de corriente limitada. Detección de Fusible Quemado: Los sistemas de detección de fusibles quemados proporcionan una indicación externa (normalmente por una luz estroboscópica o un panel de articulación ubicado externamente) de una condición de fusible quemado. Controles Automáticos: L os bancos con gabinete metálico son entregadas con controles automáticos que son ensamblados en un compartimiento de control como se muestra en la Figura 1. Estos controles encienden y apagan l os bancos basadas en un factor de energía u otras señales (por ejemplo, tensión, temperatura, corriente, KW o impulso de kvar) de acuerdo con los requerimientos del sistema. Sistema de Enclavamiento por Cerradura: Un sistema de enc lavamiento por cerradura se entrega normalmente para controlar el ingreso, salida y la operación apropiada del banco.
Figura 1 – Banco de Filtro Armónico con gabinete metálico de 10 MVAR 34,5kV Ensamblada en una Almohadilla de Concreto
Ventajas Metal-Enclosed Banks/Pad-Mounted Banks
Bancos con Gabinete Metálico/Bancos en Base de Concreto El conmutador de entrada principal, conmutador a tierra y fusibles de entrada principal alcanzan los requerimientos de NEC para “Mecanismo de Entrada de Servicio”. Un disyuntor o conmutador
corriente arriba no se necesita para desconectar este tipo de banco en un punto de servicio de utilidad eléctrica. Un banco con gabinete metálico viene completamente ensamblada, probada y lista para la interconexión. No se requiere un montaje en el emplazamiento. Por lo tanto, los costos de instalación y problemas asociados con errores durante la instalación son muy poco probable. Los costos de mantenimiento para los bancos con gabinete metálico son muy bajos,. El equipo especial como camiones deflectores y herramientas de línea especial, así como también personal entrenado necesario para utilizarlas, no son necesarios debido a las características de construcción y control que son proporcionados con los bancos con gabinete metálico. Un banco con gabinete metálico reduce los riesgos y la responsabilidad asociada de entrar sin autorización o público falso y empleados no entrenados estén expuestos a los peligros eléctricos. Con la bancos con gabinete metálico, todas las partes activas están resguardadas en un gabinete de conexión a tierra y de enclavamiento por cerradura ningún hardware externo es accesible. Los bancos en base de concreto no necesitan ser localizadas dentro d e una subestación entre rejas. • Los bancos con gabinete metálico y en base de concreto tienen una huella muy pequeña. La vida silvestre y asentamientos voladores que puedan causar fallas y el seguimiento del aislante no afectan los bancos con gabinete metálico. • Los bancos con gabinete metálico pr oporcionan una buena resistencia a la corro sión de todos los
componentes eléctricos protegidos por un gabinete de calibre galvaneal 11pintado con una pintura marina con base de epoxi. Esta pintura proporciona una excelente resistencia a salpicaduras, derrame, gases y problemas climáticos para las soluciones de ácido, alcalino y sal (soluciones de sal, alcalino, neutral y ácido), agua fresca, solventes y entorno de productos petrolíferos. Los bancos con gabinete metálico utilizan fusibles limitados que reducen fuertemente el daño asociado con las fallas. Los fusibles de corriente limitada también proporcionan la mejor
coordinación con mecanismo de protección corriente arriba y, por lo tanto, reducen la responsabilidad asociada con una avería de energía a lo largo del sistema. Los bancos con gabinete metálico son estéticamente agradables debido a su b ajo perfil y de huella pequeña. Además, se pueden pintar para encajar con la arquitectura ambiente. Los componentes dentro de los bancos con gabinete metálico son protegidos del sol y rayos ultra violeta. Para las series de filtro, el campo magnético asociado con los reactores de filtro será reducido al núcleo de hierro.
Desventajas Bancos con gabinete metálico/ bancos en base de concreto • El costo inicial del equipo puede ser mayor y por lo tanto la justificación que incluye una futura
responsabilidad, costo de instalación, costos de mantenimiento y costo de operación puede ser necesitada. • En ambientes polvorientos, los filtros de incorporación pueden necesitar una rutina de limpieza. • Los bancos con gabinete metálico no están disponibles en tensiones mayores que los 34,5kV • Características estándar de los bancos con
gabinete metálico varían entre los fabricantes. Una compra informada puede requerir un nivel más alto de investigación. • Los componentes son sólo parcialmente visibles a través de ventanas de evolvente cuando l os bancos son
activados. • Los bancos con gabinete metálico requieren un tipo de fusible de corriente limitada más cara. • Los bancos con gabinete metálico pueden ser difícil de expandir. La capacidad de expansión debería ser
diseñada en el banco durante la etapa de especificación del banco. Condensadores grandes, condensadores adicionales, o extensión de la barra conductora (hacia una sección del condensador adyacente) no siempre pueden ser posible sin una planificación apropiada y diseño del banco. • Aunque NEPSI trata d e utilizar un Conductor de Cobre
Plateado para interconectar componentes de media tensión, otros fabricantes pueden usar un cable de media tensión menos rígido o un alambre desnudo. Bancos de Condensadores de Cremallera de Depósito La figura 2 muestra un típico banco de condensadores de cremallera de depósito. est os bancos son normalmente enviadas desde el proveedor parcialmente ensambladas. Normalmente, la estructura de elevación, los depósitos de condensadores individuales PT, CT, Controles, Conmutadores de Desconexión, Conmutador a Tierra, Reactores, y Mecanismo de Detección Neutral, necesitan un ensamblaje e interconexión en el campo. Casi toda característica del equipo o control concebible puede ser proporcionada en este estilo de ba ncos. Sin embargo, se tiene que saber que controles sofisticados y características de operación no son parte de una oferta de equipo estándar y son normalmente entregadas en forma separada.
Las características clave son normalmente incluidas con l os bancos de condensadores de depósito y con l os bancos de filtro armónico de l a siguiente manera: Estructura de Elevación: Debido a los requerimientos de
NEC y NESC, l os bancos condensadores de cremallera de depósito, series de filtro armónico y componentes asociados son ensambladas en una estructura de elevación de 8 pies (o may or). Conmutador Principal de Desconexión: Dependiendo del nivel de tensión, estos conmutadores pueden estar adjuntos a la cremallera de depósito o en una estructura de elevación adyacen te. Los conmutadores pueden ser del tipo de operación a distancia o del tipo de operación por una manilla de tipo rotatoria. Conmutador a Tierra: Este conmutador conecta a tierra los terminales de carga de costado del Conmutador de Desconexión Principal durante el mantenimiento. También proporciona un medio de descarga de toda la carga atrapada en los condensadores. Este conmutador puede o no estar adjunto a la Cremallera de Depósito principal. Disyuntor/Conmutador de Vacío: Los Disyuntores/Conmutadores de Vacío permiten que el banco sea encendido y apagado en incrementos o como uno solo. Reactores de Filtro Armónico e Irrupción Transitoria: Los reactores de irrupción transitoria limita la magnitud y frecuencia de los transitorios asociados con la conmutació n de bancos de condensadores. Los reactores de filtro armónico sintonizan l os bancos de condensadores para especificar las frecuencias a una distorsión armónica más baja y mejorar la calidad de la energía. Los reactores pueden estar ensamblados en el banco de condensadores de depósito de cremallera o ensamblados en una estructura de elevación separada. Ambos reactores serán del tipo de núcleo de hierro. Condensadores Fusionados Individualmente: L os bancos de condensadores de depósito de cremallera son normalmente suministradas con condensadores de doble o simple casquillo protegidos de la ruptura de la caja por los fusibles de estilo de expulsión. Detección de Fusible Quemado: los sistemas de detección de fusible quemado proporcionan una indicación externa (normalmente por una luz estroboscópica o un panel de articulación ubicado externamente) de una condición de fusible quemado.
Figura 2 – Típico Banco de Condensadores en depósito de cremallera mostrando los conmutadores, transformadores de potencia, reactores de irrupción transitoria y la cremallera del banco de condensadores
Ventajas Bancos de Condensadores de Depósito de Cremallera • El costo inicial es bajo • Todos los componentes eléctricos son totalmente visibles para ser vistos mientras se ac tiva el banco. • E banco de condensadores de depósito de cremallera es fácil de instalar al reemplazar condensadores más
pequeños con condensadores más grandes o al especificar las ranuras vacías para la futura colocación de condensadores. • Los fusibles d e condensadores de estilo de expulsión son económicos de reemplazar. • Los bancos están disponibles en el nivel de media tensión (2,4kV a 34,5kV) y nivel de alta tensión (tensiones
superiores a los 34,5kV) • Los depósitos de cremallera están protegidos por los estándares de ANSI y IEEE con los que todos los
fabricantes deberían cumplir. Desventajas Bancos de Condensadores de Depósito de Cremallera • Los bancos de depósito de cremallera proporcionan una responsabilidad debido a las partes activas
expuestas El costo de instalación puede ser mayor por las siguientes razones: 1. El tiempo de instalación es alto debido a un alto nivel de ensamblaje 2. Se requiere la instalación por parte de personal entrenado debido a los requerimientos de ensamblaje 3. Se requieren camiones deflectores y grúas debido a los requerimientos de ensamblaje y a la altura del trabajo. • Los bancos de depósito de cremallera están expuestos a contaminantes aéreos que pueden causar un
seguimiento y un eventual co ntorneamiento. • Los bancos de depósito de cremallera están expuestas a la flora y fauna lo cual puede causar fallas de conexión a tierra y de fase. • Los depósitos de cremallera son difíciles y más costosos de mantener, ya que pueden tener una altura de hasta 25’ a 35’.
• Los depó sitos de cremallera no son estéticamente agradables ya que son altos y están c onstruidos con una
estructura de canal de acero (o aluminio) y en ángulo. • Los componentes eléctricos de los depósitos de cremallera están expuestos al medio ambiente y son
venerables a salpicaduras químicas, gases, luz solar y al clima. • Los depósitos de cremallera necesitan un requerimiento de una gran huella y despeje, ocupando valiosos
espacio de subestación. • Los depósitos de cremallera son propensos a un error de instalac ión y necesitan estudio de campo debido
a los requerimientos de ensamblaje.
Bancos de Condensadores de Punta de Poste La figura 3 muestra una típico banco de condensadores de punta de poste. Estos bancos son normalmente enviados ensamblados listos para la interconexión. Los bancos son colocadas cerca de la punta del poste, bajo los conductores de fase. La te nsión de control de los conmutadores de co ndensadores y otros controles asociados se obtienen de un transformador de energía de control separado (no se ve en la figura 3). La mayoría de los bancos se suministran como bancos automáticas de un solo escalón o bancos fijos. Los bancos automáticas de un solo escalón son controladas basándose en la tensión, corriente, Var, tiempo y temperatura. Estos bancos son compradas principalmente para las utilidades eléc tricas. Las características claves suministradas con un banco de condensadores de punta de poste son las siguientes:
• Condensadores de doble casquillo o de doble casquillo de una sola fase. • Conmutadores de vacío de una sola fase o conmutadores de aceite. • Controlador de un escalón cuando el banco esté siendo aplicada como un banco automático (normalmente
ensamblada en la base del poste). • Disruptores de una fase para desconectar y proteg er los grupos de condensadores de la ruptura de la caja. • Transformador de energía de control de una fase (normalmente ensamblado de forma separada debajo del banco de
condensadores).
Figura 3 – Típico banco de condensadores de punta de poste mostrando conmutadores, depósito de condensadores y condensadores
Ventajas Banco de Condensadores de Punta de Poste • Bajo costo de equipo • Diseño simple • Los disruptores de fusión son económicos de reemplazar. • No se necesita espacio de subestación ya que el banco de condensadores es colocada en el poste.
Desventajas Banco de Condensadores de Punta de Poste • Para aplicaciones comerciales e industriales, los medios de desconexión no cumplen con el Código
Eléctrico Nacional. • Los Bancos de punta de poste son difícile s de mantener ya que pueden estar hasta 35 pies de altura y son
normalmente instalados cerca de una línea aérea de media tensión. • Los bancos de punta de poste están expuestas a contaminantes aéreos que pueden causar un seguimiento
y a un eventual contorneamiento del a islante.
• Los bancos de punta de poste están expuestas a la flora y fauna que pueden causar fallas en la conexión a
tierra y en la fase. • Los componentes eléctricos de l os bancos de punta de poste están expuestas al medio ambiente y son
venerables a la luz solar, clima, y los asentamientos aéreos.
