Qué es una batería de condensadores : Tipos y sus conexiones

La potencia activa generada por la central eléctrica puede expresarse en MW (megavatios) o en kW (kilovatios). Sin embargo, la potencia reactiva dentro del sistema de potencia alterna puede expresarse en Mega VAR o Kilo VAR. La demanda de potencia reactiva se crea principalmente a partir de la carga inductiva que está conectada al sistema eléctrico. Así, estas cargas suelen ser circuitos electromagnéticos de transformadores, motores, luces fluorescentes, redes de distribución, etc.

Esta potencia reactiva debe compensarse adecuadamente, de lo contrario, la relación entre la potencia real utilizada por la carga y la potencia total del sistema eléctrico será muy baja. La potencia total es la suma de la potencia reactiva y la potencia activa. Esta relación se denomina pf (factor de potencia) eléctrico. Si el pf de un sistema eléctrico es bajo, la carga de amperios para la transmisión, los alternadores y los transformadores que están conectados al sistema será alta para la potencia activa necesaria. Por tanto, la compensación de la potencia reactiva será esencial. Por lo tanto, esto se suele hacer mediante una batería de condensadores.

¿Qué es una batería de condensadores?

Definición de banco de condensadores es cuando una combinación de varios condensadores se conectan en serie o en paralelo con la misma potencia, entonces se llama batería de condensadores. Generalmente, un condensador individual se utiliza para almacenar energía eléctrica. Por lo tanto, una vez que se aumentan los condensadores dentro de una batería, aumentará la capacidad de energía que se almacena en un solo dispositivo. La base símbolo o diagrama de la batería de condensadores se muestra a continuación.

En una subestación, se utiliza para mejorar el factor de potencia y la compensación de la potencia reactiva. Al instalar un batería de condensadores en una subestaciónhay que tener en cuenta algunas especificaciones. Así que especificaciones de la batería de condensadores son la tensión nominal, la temperatura nominal, los KVAR y la gama de instrucciones básicas.

Tipos de bancos de condensadores

En general, el unidad de una batería de condensadores se conoce como unidad de condensadores. La fabricación de estas unidades puede hacerse de forma similar a la unidad monofásica. Estas unidades se conectan principalmente en forma de conexión estrella/triángulo para formar una batería de condensadores trifásica completa. En la actualidad, las unidades de condensadores más frecuentes son las de tipo monofásico, mientras que las unidades de condensadores trifásicas apenas se fabrican. Hay tres tipos de baterías de condensadores que se comentan a continuación.

• Fundido internamente
• Fundido externo
• Fusible menos

Fusible interno

El diseño de un fusible interno puede realizarse dentro de una disposición particular. En función de su capacidad, varios elementos se alían en serie y en paralelo. La protección de cada elemento del condensador puede hacerse por separado mediante una unidad de fusibles. Como su nombre indica, los elementos del condensador, así como las unidades de fusibles, están dispuestos dentro de la misma carcasa. En este tipo de batería, el tamaño de cada elemento condensador es extremadamente pequeño dentro de los valores nominales.

Por lo tanto, si alguno de los elementos del condensador se estropea, no habrá ningún efecto dentro del acto de la batería. Este tipo de batería de condensadores puede funcionar adecuadamente incluso si se rompen uno o más elementos de condensadores.

Las principales ventajas de una batería con fusibles internos son que es muy fácil de instalar y su mantenimiento es sencillo. La desventaja de los condensadores con fusibles internos es que, cuando fallan varios elementos del condensador, hay que cambiar toda la batería. Así que no hay posibilidad de sustituir una sola unidad.

Con fusible externo

En un tipo con fusibles externos, la unidad de fusibles de cada unidad de condensadores se da externamente. Si se produce algún fallo en alguna unidad de condensadores, la unidad de fusibles se dañará. Cuando la unidad de fusibles desprende la unidad de condensadores defectuosa, esta batería mantendrá su servicio sin ninguna interrupción.

En este tipo, la conexión de las unidades de condensadores puede hacerse en paralelo para cada fase de la batería. Si una unidad falla, no afectará mucho al rendimiento de toda la batería. Si una unidad de condensadores no está presente en una fase, la capacidad de esa fase será menor que la de las otras dos fases.

Esto afectará a la alta tensión en las dos fases restantes del banco. En este tipo, la identificación de una unidad defectuosa puede hacerse mediante una inspección visual una vez que se funde la unidad de fusibles. La potencia de la unidad de condensadores suele oscilar entre 50 KVAR y 40 KVAR. Esta es una de las principales especificaciones.

La principal desventaja de este banco es que, si falla alguna unidad de fusibles, se puede detectar un desequilibrio incluso si todas las unidades del banco están bien.

Menos fusibles

En un tipo inútil, la conexión de varias unidades de fusibles puede hacerse en serie para formar una cadena de condensadores. Estas cadenas se conectan en paralelo para hacer una batería de condensadores para cada fase. Después, se conectan tres baterías de fase similares en la conexión de estrella/triángulo para hacer una batería trifásica completa.

Las cadenas de condensadores no están protegidas por una disposición de fusibles interna o externa. Por lo tanto, en este tipo de sistema, si una de las unidades de la cadena falla debido a un cortocircuito o a una avería, no se produce ningún cambio en el flujo de corriente a lo largo de esta cadena porque hay varios condensadores más conectados en serie a través de esta ruta.

Cuando el efecto del cortocircuito dentro de la unidad de cadena es pequeño, entonces la batería de condensadores puede acumularse para ampliar el tiempo antes de la sustitución de la unidad defectuosa. Esta es la razón principal por la que no es necesario cambiar la unidad defectuosa del sistema dentro del banco instantáneamente una vez que la unidad se vuelve defectuosa.

Conexiones del banco de condensadores

La batería de condensadores se conecta de dos maneras, en estrella y en triángulo, pero la mayoría de las veces se utiliza el triángulo. Por lo tanto, existe una cierta confusión sobre qué conexión es mejor para una batería. Así que aquí vamos a hablar de estas dos conexiones junto con las ventajas e inconvenientes. La aplicación principal es la corrección del factor de potencia porque, en un sistema trifásico, se utiliza una batería de condensadores trifásica para la corrección del factor de potencia que puede estar conectada en estrella o en triángulo.

Banco de condensadores en la conexión Delta

Cuando estas baterías se utilizan en la conexión en triángulo, se utilizan para una tensión inferior a la media. La batería de condensadores en conexión triángulo puede utilizarse para una alta tensión, pero a veces no es posible, ya que en la conexión triángulo la tensión de fase completa se da en cada condensador, mientras que en la conexión en estrella es menor que la tensión de fase aplicada en el condensador. Por lo tanto, a continuación se describe el diagrama de cableado de la batería de condensadores trifásica con dos conexiones.

Por tanto, si empleamos una conexión en triángulo a alta tensión, la tensión nominal del condensador debe ser alta. En consecuencia, la fabricación de condensadores de alta tensión es cara y a veces es imposible.

Ventajas

El ventajas de una batería de condensadores en conexión en triángulo son las siguientes

Cuando el condensador genera Kilovoltios-Amperios Reactivos (KVAR) es proporcional al cuadrado de la tensión aplicada. Por tanto, si la tensión es mayor, los KVAR también son mayores. Por tanto, el condensador en esta conexión proporcionará unos KVAR elevados en comparación con la batería conectada en estrella porque, en la conexión en estrella, la tensión aplicada es baja en comparación con la conexión en triángulo.

La batería de condensadores en esta conexión puede fluir la corriente armónica, por lo que puede disminuir el efecto de los armónicos dentro de un sistema eléctrico. Cuando la batería está conectada en triángulo, proporciona una capacitancia equilibrada a cada etapa del sistema eléctrico y mantiene una tensión equilibrada.
Si una célula de condensador dentro de una fase no tiene éxito en el banco, entonces la tensión más allá de cada fase sigue siendo la misma, simplemente los KVAR caen.

Desventajas

El desventajas de una batería de condensadores en conexión en triángulo son las siguientes

El principal inconveniente de la batería de condensadores en conexión delta es que la presión de la tensión a través de cada condensador es máxima, lo que disminuye la vida útil del condensador y no puede utilizarse en aplicaciones de alta tensión.

Batería de condensadores en conexión estrella

El tipo de conexión en estrella se utiliza principalmente en las aplicaciones de media y alta tensión. En este tipo de conexión, la tensión más allá de cada condensador es menor en comparación con la tensión de la fase, por lo que la presión de la tensión más allá de los condensadores es menor incluso en las aplicaciones de máxima tensión. En la batería de condensadores, se utilizan 2 tipos de conexiones como las siguientes.

• Conexión en estrella a tierra
• Conexión en estrella sin conexión a tierra

Conexión en estrella con toma de tierra

En este tipo de conexión, el punto no polarizado del banco está conectado a tierra de forma estable, lo que significa que el neutro no debe estar aislado hacia el nivel BIL del sistema completo. Así, con esta conexión se pueden conseguir algunas reducciones de precio. Además, la TRV (tensión de recuperación transitoria) puede ser menos dura en esta conexión. Un fallo en una fase del banco no afectará a la subida de tensión en el resto de tramos del banco. Por tanto, un fallo en una fase del condensador no afectará a las demás fases.

Conexión en estrella sin conexión a tierra

En este tipo de conexión, el punto neutro de la batería de condensadores no está conectado a tierra. Por tanto, este tipo de conexión no permite el suministro de corrientes GND y corrientes armónicas en serie cero.

Ventajas

El ventajas de la batería de condensadores en conexión en estrella son las siguientes

• Es una conexión simple
• La presión de tensión a través de cada condensador es baja, por lo que la vida útil del condensador es alta.

Desventajas

El desventajas de la batería de condensadores en conexión en estrella son las siguientes

• El tipo de conexión en estrella proporciona menos KVAR que el tipo de conexión en triángulo porque la tensión en el condensador es menor.
• Un tipo conectado en estrella no puede hacer circular la corriente armónica en un sistema eléctrico.
• El tipo de conexión en estrella sin conexión a tierra no puede mantener la tensión de equilibrio y no puede proporcionar la capacidad de equilibrio.
• Si falla una célula de condensador en una fase, se produce una tensión desequilibrada en el sistema eléctrico.

De las dos conexiones anteriores, la conexión en triángulo ofrece más ventajas que la conexión en estrella. Para una batería de condensadores, esta conexión es adecuada, por lo que la mayoría de las baterías se conectan en conexión delta.

Cálculo de la batería de condensadores

El objetivo principal de la calculadora de la batería de condensadores es obtener los kVAR necesarios para mejorar el factor de potencia (pf) desde un rango bajo hasta uno alto. Para ello, los valores necesarios son: el factor de potencia actual, la potencia real y el valor del factor de potencia que se debe aumentar en el sistema. Así podremos calcular para obtener el valor en kVAR.

Si queremos medir el valor en VAR o MVAR, es necesaria la potencia real en MW/ W. Por ejemplo, si el valor se utiliza en kW, entonces puedes obtener el valor en kVAR de forma sencilla. Del mismo modo, funciona para MW y W. La potencia reactiva necesaria como Q(kVR) es equivalente a la potencia real como P(kW). La fórmula de la calculadora de la batería de condensadores se muestra a continuación.

• Potencia reactiva necesaria (kVAR) = P(kW) * tan (cos-1(PF1) - cos-1(PF2))
• Potencia reactiva necesaria (VAR) = P(W) * tan (cos-1(PF1) - cos-1(PF2))
• Potencia reactiva necesaria (MVAR) = P(MW) * tan (cos-1(PF1) - cos-1(PF2))

¿Por qué son importantes las pruebas de los bancos de condensadores?

Los bancos de condensadores del sistema eléctrico proporcionan una corrección precisa del factor de potencia (pf). Así que la unidad de corrección del pf incluye diferentes ajustes de funcionamiento basados en la posición de la instalación. Los diferentes factores como el tiempo, la humedad, el cambio de temperatura y los armónicos cambiarán la corrección del factor de potencia de las baterías de condensadores.

Si las baterías de condensadores ya conectadas no se comprueban adecuadamente en un tiempo determinado, serán incapaces de utilizarse. El funcionamiento de los condensadores puede debilitarse; la reducción del factor de potencia (pf) de tu sistema de alimentación puede causar la pérdida del factor de potencia. Durante las pruebas, se emplea la norma ANSI/ IEEE o estándar. Se realizan tres tipos de pruebas, como las pruebas de tipo/diseño, las pruebas de rutina/producción y las pruebas previas a la puesta en marcha y de campo.

Aplicaciones

El aplicaciones de las baterías de condensadores incluyen las siguientes.

• Las baterías de condensadores se utilizan principalmente para mejorar la calidad del suministro eléctrico y también para mejorar la eficiencia de los sistemas de energía.
• Se utilizan con mayor frecuencia para corregir el suministro de corriente alterna en las industrias en las que se utilizan motores eléctricos y transformadores.
• Como este banco utiliza una carga inductiva, es vulnerable a los desfases del factor de potencia y a los cambios de fase en la alimentación eléctrica, por lo que se produce una pérdida de eficiencia del sistema.
• Cuando se utilizan en el sistema, el desfase de potencia puede resolverse con un coste menor para la organización realizando algunos cambios en la red eléctrica
• Se utilizan en radares, láseres pulsados, generadores Marx, detonadores, coilguns, investigación de la fusión, armas nucleares, cañones de riel electromagnéticos, etc.
• En general, las baterías de condensadores disminuyen la diferencia de fase entre la corriente y la tensión.
• El factor de potencia (pf) puede mantenerse cerca de la unidad.

Por tanto, se trata de una visión general de un condensador banco de condensadores y su funcionamiento con la conexión. Generalmente, se utilizan para la corrección del factor de potencia o pf y la compensación de la potencia reactiva. En comparación con los motores de tipo inductivo, los condensadores incluyen el efecto inverso en el que se detiene un flujo máximo de corriente, por lo que esto reducirá la factura de energía. Aquí tienes una pregunta, ¿cuáles son las dos conexiones utilizadas en el cableado de las baterías de condensadores?