• Author / Uploaded
• Jefferson Moreno

• Categories
• Energía eléctrica
• Condensador
• Corriente eléctrica
• Transformador
• Electricidad

Citation preview

TEMA: Banco de condensadores OBJETIVO GENERAL: Investigar sobre los bancos de condensadores, mediante un trabajo de investigación bibliográfica, para comprender como ayudan a la estabilidad de un sistema y en la disminución de las pérdidas e incrementar la calidad del suministro eléctrico. OBJETIVOS ESPECÍFICOS: 

Explicar actúa el banco de capacitores en la estabilidad de un sistema.



Determinar cuáles son los campos de aplicación donde se puede contar con un banco de capacitores.



Conocer a que normas se regirán para la fabricación de un banco de capacitores.

INTRODUCCIÓN: Con el paso del tiempo la eficiencia energética de los sistemas eléctricos de potencia tiene como finalidad optimizar cada día los recursos energéticos y transformar la mayor cantidad de energía consumida en energía útil. Debido a la instalación de cargas inductivas y capacitivas en los sistemas de distribución eléctrica, el consumo de energía útil presenta variaciones normalmente negativas, por lo cual las instituciones reguladoras recomiendan que por lo menos el 90 [%] de la energía que se consume sea útil, la demás denominada energía reactiva sea penalizada en caso de aumentar los límites recomendados. Para mejorar la eficiencia energética de los sistemas eléctricos y evitar sanciones por los organismos competentes se diseña, construye e instala Bancos de Condensadores fijos y automáticos, que garantizan la compensación energética. Además, obedeciendo a las políticas nacionales de protección de la vida humana, animal y vegetal y de la preservación del medio ambiente, se construyen bajo características técnicas y normatividad nacional e internacional que minimizan los riesgos de origen eléctrico. Normalmente los circuitos eléctricos en general son cargas resistivas + inductivas, por ejemplo, los motores, los transformadores, los tubos fluorescentes, dado que están compuestos por bobinas. Por lo tanto, normalmente la tensión y la corriente van desfasados

un cierto ángulo dado que son vectores, es decir, se representan por vectores el coseno del ángulo de desfasaje se lo llama factor de potencia o también llamado coseno fi. Se obtiene mayor rendimiento de los equipos cuando la tensión y corriente en fase por lo tanto como las bobinas producen un desfasaje de 90 grados entre la tensión y la corriente, y los capacitores producen un desfasaje de - 90 grados, simplemente instalando capacitores mejoras el rendimiento de las líneas eléctrica. Dado que una carga contrarresta a la otra entonces baja el valor de la corriente y los alimentadores calientan menos y aumenta su capacidad de transmitir potencia activa que es la que al pasar por un motor se transforma en potencia mecánica. MARCO TEÓRICO: CAPACITORES Para (Coto Aladro, 2002) los capacitores son componentes eléctricos/electrónicos que almacenan energía eléctrica. Los condensadores consisten en dos conductores que están separados por un material aislante o dieléctrico. Cuando se pasa una corriente eléctrica a través de un par de conductores, se desarrolla un campo eléctrico estático en el dieléctrico que representa la energía almacenada. A diferencia de las baterías, esta energía almacenada no se mantiene indefinidamente, ya que el dieléctrico permite una cierta cantidad de fuga de corriente que da como resultado la disipación gradual de la energía almacenada.

Figura1. Estructura de un capacitor Fuente: (Coto Aladro, 2002)

Este aparato consiste en dos láminas o placas capaces de conducir corriente eléctrica, que ejercen una influencia total —cuando toda la electricidad de una le llega sin problemas a la otra— y están divididas por un espacio vacío o un material dieléctrico —un aislante, que tiene muy baja conductividad eléctrica—. Al recibir energía, dichas placas se polarizan, de manera que una de ellas contiene carga positiva, mientras que la otra tiene carga negativa, lo que permite la estabilización de la carga total. Para (Coto Aladro, 2002) existen algunos tipos de condensadores que son: 

De aire: este tipo de condensadores está conformado por las placas paralelas y su dieléctrico es de aire, por lo que están dentro de una cápsula de vidrio. Son dispositivos capaces de almacenar bajas cantidades energía, de tal forma que sólo se utilizan en aparatos con consumo eléctrico menor.



Cerámicos: en estos capacitores el dieléctrico está fabricado con varios tipos de cerámicas; asimismo, pueden estar conformados por un solo dieléctrico o por varias placas puestas una sobre la otra y dependiendo del modelo que se trate, son capaces de soportar distintos niveles de tensión.



De aluminio: estos son condensadores más utilizados en un banco de capacitores. Consiste en un aluminio y un electrolito conformado por una disolución de ácido bórico. A pesar de que es ideal para bajas frecuencias, cuando éstas son más altas tiene una considerable pérdida de energía. También se usan en sistemas de reproducción de audio o en fuentes de alimentación de diversos equipos.



De papel: para estos capacitores se fabrica un dieléctrico de papel parafinado, tratado con baquelita (sustancia plástica sintética) o con cualquier método que disminuya su capacidad de almacenar humedad, con el fin de aumentar su habilidad de aislamiento. Consiste en dos placas de papel, una de aluminio, otras dos de papel y finalmente una más de aluminio enrolladas.



Electrolíticos: se denominan electrolíticos a todos los modelos de condensadores que utilizan un electrolito que actúa como cátodo (un electrodo negativo que tiene una reducción de energía). Asimismo, dicho electrolito también puede funcionar como ánodo, dando como resultado la capacidad de recibir corrientes muy elevadas de energía. Es muy importante aclarar que estos capacitores no se pueden utilizar en

sistemas de corriente alterna. Hay varios tipos según su material y funcionamiento: de aluminio, de tantalio y bipolares. 

De mica: en este tipo de condensadores, el dieléctrico está hecho de mica, ya que este material es ideal debido a que tiene muy poca pérdida de energía, es capaz de soportar altas temperaturas y no sufre degradación con el tiempo debido a agentes ambientales como la humedad o la oxidación.

La demanda de potencia se expresa en unidades de Kilo watt (kw) o Mega watt (Mw). Esta potencia es suministrada por una subestación eléctrica. En el sistema de alimentación alterna (CA), la potencia reactiva siempre entra en juego. Esta potencia reactiva se expresa en Kilo VAR o Mega VAR. La demanda de esta potencia reactiva se origina principalmente a partir de la carga inductiva conectada al sistema. BANCO DE CONDENSADORES Según el escritor (Mujal , 2002) un banco de condensadores es una agrupación de varios condensadores idénticos interconectados en paralelo o en serie entre sí según sea necesario. 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 reactiva y regular la tensión del sistema. Los bancos de capacitores funcionan con la misma teoría que un solo capacitor; están diseñados para almacenar energía eléctrica, solo que a una capacidad mayor que un solo dispositivo. Un condensador individual consta de dos conductores que están separados por un material dieléctrico o aislante. Cuando la corriente se envía a través de los conductores, se desarrolla un campo eléctrico de naturaleza estática en el dieléctrico que actúa como energía almacenada. El dieléctrico está diseñado para permitir una cantidad predeterminada de fuga que disipará gradualmente la energía almacenada en el dispositivo, que es una de las mayores diferencias entre los condensadores y las baterías. El diseño de los bancos de condensadores según (Mujal , 2002) deben 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. 3. Efectuar el conexionado de modo tal que permita el uso de un esquema de protección 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 del 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. El corregir al factor de potencia tiene beneficios técnicos y económicos muy altos, por ejemplo: - Eliminación de los cargos por bajo factor de potencia. - Posibilidad de bonificación si el factor de potencia es mayor a 0.90. - Si se instalan correctamente se pueden tener ahorros económicos del 3 al 6%. - Menores pérdidas en el sistema por efecto Joule (calentamiento). - Mejor regulación de tensión. - Liberación de capacidad en el sistema.

El Factor de Potencia Para (Pugibet, 2015) en Cargas eléctricas inductivas tales como motores y transformadores, requieren de potencias activa y reactiva para funcionar correctamente. La potencia activa, normalmente expresada en kW, da lugar a una potencia útil que se utiliza por ejemplo en el eje de un motor. Por otro lado, la potencia reactiva, normalmente expresada en kVAR, es necesaria para establecer los campos magnéticos que los motores, transformadores y otras máquinas eléctricas inductivas requieren, sin embargo, no produce potencia útil alguna. La relación entre la potencia activa (kW) y la potencia aparente (kVA) se denomina factor de potencia. Un menor consumo de potencia activa respecto a la aparente supone un mejor factor de potencia.

Figura 2. Triangulo de potencias Fuente: (Pugibet, 2015) Por qué mejorar el factor de potencia Según (Pugibet, 2015) para corregir el factor de potencia o compensar la energía reactiva supone aumentar la capacidad de la instalación, reducir sus pérdidas eléctricas y conseguir una reducción en la factura de la compañía suministradora. Las compañías suministradoras aplican un cargo al usuario con un factor de potencia inferior a 0.90, cuando esta relación es mayor, el usuario es premiado con una bonificación. Cómo calcular un Banco de capacitores adecuado Una forma de calcular el banco de capacitores adecuado para corregir el factor de potencia, es utilizando la tabla siguiente, donde se necesita conocer la demanda en KW, para multiplicarla por el factor que resulte en el cruce del FP conocido y el FP deseado. Tabla 1. Corregir el factor de potencia

Fuente: (Pugibet, 2015)

Ejemplo: Se requiere conocer la capacidad de un banco de capacitores para corregir el factor de potencia de 0.80 a 0.9, con un consumo de potencia promedio de 300KW. El factor que corresponde a la intersección de 0.80 y 0.9 es de 0.27 por lo que: 0.27 x 300 =81 Por lo tanto el banco de capacitores que requerimos es de 81 KVAR, seleccionamos el mayor más próximo, el cual en este caso es de 90 KVAR.

ESTRUCTURA Y DIMENSIONES Para (ECTRICOL, 2016) la estructura de las celdas de bancos de condensadores está fabricada en lámina de acero Galvanizado y acero inoxidable calibre 14 BWG.

Las

estructuras de acero galvanizado están pintadas en color RAL-7035, epoxica libre de TGIC (isocianurato de triglicido) de acuerdo al RETIE 20.23.1 y aplicada electrostáticamente de apariencia texturizada, con espesor mínimo promedio de 60 micras, que garantiza una mayor protección en ambientes no ideales y previniendo la oxidación de acuerdo a las normas: •

NTC 1156

•

ASTM B117

•

ASTM 4541

Cuenta con una base en Angulo 2in x 1/8in HR, como se muestra en la (ilustración 1) para proteger la estructura del banco de condensadores a los esfuerzos producidos durante la manipulación e instalación.

Figura 3. Base auto soportada de la estructura del banco de condensadores. Fuente: (ECTRICOL, 2016)

DESCRIPCIÓN DE EQUIPO La tabla 2 se muestran los diferentes componentes de los cuales se compone un banco de condensadores. Tabla 2. Composición de banco de condensadores

Fuente: (ECTRICOL, 2016) Vista interna:

Figura 4. Vista interna (banco de condensadores). Fuente: (ECTRICOL, 2016)

Vista externa:

Figura 5. Vista externa (banco de condensadores). Fuente: (ECTRICOL, 2016) TIPOS DE BANCO DE CAPACITORES SEGÚN SU OPERACIÓN 

Banco de condensadores fijo: Para (Coto Aladro, 2002) el banco de condensadores fijo realiza la compensación reactiva de acuerdo a cálculos y medidas hechos por personal calificado con conocimientos en electrotecnia. Consta de uno o varios pasos con sus respectivas protecciones y un piloto en la parte frontal de la puerta o frente muerto que indica cuales de estos se encuentran en operación. Dichos pasos se pueden activar de manera manual por medio de selectores respectivamente para cada uno de ellos y ubicados en la puerta del banco. La cantidad de pasos activos dependen únicamente de la intervención de personal calificado ya que se podría incurrir en sobrecompensaciones o sub compensaciones si se manipula o dimensionan de manera errónea.

Figura 6. Vista externa (banco de condensadores). Fuente: (ECTRICOL, 2016)



Banco de condensadores automático: según (Coto Aladro, 2002) este tipo de banco realiza la compensación reactiva de la red obedeciendo al monitoreo en tiempo real de un relé especializado. El dimensionamiento total se deberá realizar por personal calificado con conocimientos en electrotecnia, donde la cantidad y magnitud de los pasos automáticos se deberán calcular de acuerdo al perfil de carga del sistema (existente o proyectado). La cantidad de pasos activos dependerá de la compensación programada en el relé (EPCOS marca SIEMENS) y el monitoreo de las variables de la red; estos pasos se señalizan con pilotos en la puerta o frente muerto que indica cuales se encuentran en operación.

Figura 7. Vista externa (banco de condensadores). Fuente: (ECTRICOL, 2016)



Banco de condensadores mixto (Común): Este banco para (Coto Aladro, 2002) se realiza la compensación de igual manera que el automático y posee las mismas características, pero adicionalmente posee uno o más pasos fijos (medidos o calculados por personal calificado) que se encargan de compensar las pérdidas constantes en el sistema eléctrico. La señalización indica los pasos automáticos activos en el banco. CUÁLES SON LAS APLICACIONES DE UN BANCO DE CAPACITORES Según (Pugibet, 2015) las aplicaciones de los banco de los condensadores son las siguientes: 

Los Bancos de Condensadores son aptos para su utilización en Sub-estaciones de Baja y Media Tensión donde se desee compensar la Energía Reactiva (o Factor de Potencia) que consumen los motores eléctricos y las demás cargas.



La compensación de energía reactiva mediante Bancos de condensadores se efectúa para no pagar energía reactiva al suministrador de energía eléctrica, para disminuir caídas de tensión, para minimizar pérdidas de energía, para ampliar la capacidad de transmisión de potencia activa en los cables; entre otras aplicaciones.



En casos especiales los Bancos de condensadores también pueden funcionar como filtros de armónicos para lo cual es necesario insertar una inductancia en serie con cada paso de condensadores. Los valores de condensadores e inductancias se determinan realizando un estudio de calidad de energía del sistema eléctrico.



Los Bancos de Condensadores pueden ser fijos o automáticos, dependiendo del diagrama de carga de energía reactiva, de la potencia a compensar, del nivel de tensión de la red eléctrica y del tipo de carga.



Se fabrican para instalación interior bajo techo o para instalación a la intemperie.

CARACTERÍSTICAS CONSTRUCTIVAS 

Son modulares, autosoportados, fabricadas con estructuras de plancha de fierro LAF de hasta 3mm, puertas, techo y tapas.



El grado de protección estándar es IP20 y se pueden fabricar hasta con un grado de protección IP55 (protegido contra el polvo y contra chorros de agua en cualquier dirección).



Todas las superficies metálicas son pintadas con dos capas de pintura de base anticorrosiva y dos capas de pintura de acabado color gris RAL7000 o el color especificado por el usuario. Inmediatamente antes del pintado, las superficies metálicas son sometidas a un proceso de arenado comercial.



La estructura está formada por columnas y travesaños soldados entre sí (también se puede suministrar con estructuras empernadas) para proporcionar un alto grado de robustez mecánica. Las estructuras y la soportería es completamente modular, permitiendo añadir nuevas estructuras hacia los costados para ampliación futura.



Las tapas laterales, posteriores y el piso son desmontables. El frente dispone de puerta frontal con rejillas de ventilación y/o con ventiladores; dependiendo de la cantidad de calor que es necesario disipar.



Cada puerta dispone de bisagras robustas y cerraduras tipo manija con llave que proporcionan hasta tres puntos de contacto con la estructura del Tablero.



Los Bancos de condensadores automáticos disponen de un Regulador Automático de Potencia Reactiva que puede ser de 6 pasos o de 12 pasos. La señal de corriente necesaria para medir el factor de potencia debe provenir de un transformador de corriente instalado en el alimentador principal de la barra de distribución donde se desea compensar la energía reactiva.



Nuestra empresa brinda también el servicio de análisis de la red para determinar la potencia y el tipo de Banco de Condensadores que se necesita para efectuar la compensación de energía reactiva y/o para definir los filtros de armónicos que se deben instalar.



Todas las partes metálicas son conectadas a una barra de tierra firmemente empernada a la estructura de la Celda.

CRITERIOS PARA INSTALAR EL BANCO DE CAPACITORES 

Conectar las unidades en una conexión definida generalmente en estrella o doble estrella con neutro flotante



Hacer la conexión de modo tal que permita el uso de un esquema de protección seguro, sencillo y económico.



Si fuera posible, dividir la potencia total del banco en escalones, de modo de insertarlos progresivamente en función de las necesidades de potencia reactiva del sistema en cada momento.



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.

Normas de Fabricación y Pruebas Se puede aplicar las siguientes normas según (ECTRICOL, 2016): 

NTC 3278 (IEC 60439) “Paneles de maniobra y de control de baja tensión. Paneles tipo ensayado y tipo ensayado parcialmente”.



IEEE 519 (“Recommended practices and requirements for harmonic control in electrical power systems”). Revisión



IEEE 519 – 1981. 1992 [3] IEC 60831-1 “General – Performance, testing and rating – Safety requirements – Guide for installation and operation”.



IEC 60831-2 “General – Performance, testing and rating – Safety requirements – Guide for installation and operation”.



NTC 3279 (IEC 60529) “Grados de protección dados por encerramientos de equipo eléctrico (Código IP)”.

Elementos de protección y control 

Seccionadores.



Fusibles.



Llaves de manipulación en vacío o en aceite.



Controladores automáticos.



Reactancias de inserción.

Clasificación de los bancos de capacitores Según el lugar donde serán instalados, los bancos de capacitores se clasifican en: 

Montados en poste.



Montados en piso.



Montados en subestaciones.



Montados en gabinetes (casos especiales).

Tipos de conexiones más usadas 

Estrella con neutro flotante.



Estrella con neutro solidamente aterrado.



Doble estrella.



Delta.

Accesorios Estándar



Orejas de izaje .



Zócalo .



Barra de tierra con perforaciones para conexión de cables de tierra .



Soportes para cables de control provenientes del exterior del Tablero .



Barras de fases sobre aisladores de resina o porcelana o poliméricos .



Letreros de identificación de equipos .



Rejillas de ventilación.

Equipos y Accesorios Opcionales 

Resistencia de calefacción y/o ventiladores con termostato regulable .



Fluorescente con interruptor de fin de carrera, para iluminación interior Regulador automático de potencia reactiva .



Transformador de corriente para medición de Factor de Potencia .



Transformador de corriente suma ((I1 + I2) /5Amp) para medición de Factor de Potencia



Filtros de armónicos .



Servicio de análisis de la red para determinación del Banco de Condensadores y/oFiltro de armónicos.

CONCLUSIONES: 

El banco de condensadores se utiliza para mejorar la eficiencia energética de los sistemas eléctricos y evitar sanciones por los organismos competentes se diseña, que garanticen la estabilidad de un sistema.



Los campos de aplicación de los bancos de condensadores son en Sub-estaciones de Baja y Media Tensión donde se desee compensar la Energía Reactiva (o Factor de Potencia) que consumen los motores eléctricos y las demás cargas.



Para la fabricación de un banco de capacitores se rigen a las normas NTC 3278 (IEC 60439), IEEE 519 – 1981, IEC 60831-2 y NTC 3279.

RECOMENDACIONES: 

Tener una buena ventilación o ventilación forzada para algunos casos, para evitar la disipación térmica.



Determinar el porcentaje de capacidad útil del condensador, para analizar un posible reemplazo dependiendo el caso.



Recordar que los condensadores se conectan y desconectan con un circuito electrónico, razón por la cual toca adicionar bobinas de choque adecuadas y que las resistencias de descarga se encuentren en buen estado.

Bibliografía Coto Aladro, J. (2002). Analisis de sistemas de energia electrica. Oviedo: ISBN. ECTRICOL. (2016). Banco de condensadores. Industrias Ectricol, 17. Mujal , R. (2002). Calculo de lineas y redes electricas. Barcelona: ISBN. Pugibet, E. (2015). Banco de capacitores baja tension. AMBAR, 6.