¿Qué son los bancos de condensadores?

qué son los bancos de condensadores son conjuntos de múltiples unidades de condensadores de potencia conectados en serie, en paralelo o en ambos para que el grupo cumpla con una tensión nominal y una potencia reactiva (kvar) objetivo. Las plantas suelen conectar dicho conjunto en derivación con una barra o carga para suministrar potencia reactiva local y mejorar el factor de potencia.

Esta guía cubre el rol de la planta, cómo la corriente de adelanto compensa a los motores inductivos, los tipos de alto nivel, las opciones de ubicación y cuándo los armónicos hacen que un banco simple sea la primera mala opción. Para los cálculos de dimensionamiento de kvar, abra nuestro documento separado dimensionamiento de banco de condensadores para corrección del factor de potencia artículo en lugar de tratar esta página como una calculadora.

Qué es un banco de condensadores

Un banco de condensadores no es un solo bote con dos terminales; es una agrupación diseñada de unidades de condensadores dispuestas de modo que la capacidad de voltaje y los kvars sumen lo que la aplicación necesita.

Cada unidad almacena energía en un campo eléctrico entre conductores separados por un dieléctrico. Las cadenas en serie elevan el voltaje que el conjunto puede soportar. Las rutas en paralelo elevan la potencia reactiva total.

El banco terminado puede ubicarse en un bastidor abierto, un recinto metálico, una estructura de postes o un armario de compensación de baja tensión.

En el idioma de las plantas también escucharás banco de condensadores en derivación o banco de condensadores de factor de potencia. Un conexión en derivación significa que el banco está conectado en paralelo con la carga o barra, el estándar industrial habitual. Los bancos en serie que se encuentran en línea con un circuito de transmisión largo resuelven un problema de servicios públicos diferente y quedan fuera de esta conversación sobre instalaciones de baja tensión.

El papel de los bancos de condensadores en el sistema eléctrico de una planta

Los bancos de condensadores existen en las plantas principalmente para corrección del factor de potencia con banco de condensadoressuministran potencia reactiva localmente para que los equipos inductivos no extraigan tanta corriente en retraso a través de los transformadores, cables y alimentadores de la red eléctrica aguas arriba.

Motores, transformadores y muchas balastras de iluminación necesitan corriente de magnetización. Esa corriente hace poco trabajo mecánico o térmico útil, pero aun así cuenta en la potencia aparente (kVA). El factor de potencia —potencia real dividida por potencia aparente— cae cuando esa demanda reactiva inductiva es grande.

Muchas empresas de servicios públicos de EE. UU. pueden aplicar cargos adicionales cuando el factor de potencia de las instalaciones se sitúa por debajo de 0,95 aproximadamente. Incluso sin una penalización explícita en la factura, el exceso de corriente sigue sometiendo a esfuerzo a los equipos de la planta.

Cuando un banco correctamente aplicado inyecta soporte reactivo principal cerca de dichas cargas, la compañía eléctrica y los transformadores principales de la planta ven un componente reactivo menor. La corriente del alimentador puede disminuir para la misma carga de proceso en kilovatios, y la capacidad liberada del transformador queda disponible para el crecimiento de la producción.

Si todavía necesitas la idea más amplia de la compensación en sí, empieza con qué es la compensación de potencia reactiva, luego regrese aquí para ver la perspectiva del banco como equipo.

Cómo los bancos de condensadores suministran potencia reactiva

Los bancos de condensadores suministran potencia reactiva absorbiendo una corriente en adelanto que contrarresta la corriente en retraso demandada por las cargas inductivas.

En un bus de CA, la corriente de un condensador ideal se adelanta a su tensión de terminales unos noventa grados. La corriente de magnetización de un motor de inducción se atrasa respecto a la tensión. Si se coloca el condensador en derivación (shunt) con la alimentación del motor o en un bus compartido, las dos corrientes reactivas se anulan parcialmente.

El verdadero flujo de potencia sigue yendo hacia el eje. El intercambio reactivo “lateral” ocurre de manera más local entre el motor y el condensador en lugar de ser transportado desde el generador de la red eléctrica.

Piense en la potencia reactiva como la porción de corriente que mantiene vivos los campos magnéticos. El banco se convierte en un depósito local para ese intercambio. Los controladores y los conmutadores deciden cuántos pasos de ese depósito están en línea a medida que cambia la carga de la planta.

La selección profunda de kvar, las tablas de tanφ y las hojas de cálculo de factor de potencia objetivo pertenecen a la guía de dimensionamiento en vivo enlazada arriba. Esta sección solo bloquea el mecanismo para que las elecciones posteriores de tipo y riesgo tengan sentido.

Tipos comunes de bancos de condensadores a alto nivel

La mayoría de las conversaciones sobre proyectos clasifican los bancos de condensadores según cómo se controlan y si incluyen sintonización de armónicos, no por las marcas comerciales.

Las etiquetas de embalaje en proyectos de servicios públicos o de media tensión —bastidores al aire libre, conjuntos encerrados en metal, marcos montados en postes o remolques móviles— describen el gabinete y el montaje, no un propósito eléctrico diferente. Los sitios industriales de baja tensión cumplen más a menudo con la misma idea que los pasos montados en gabinetes con contactores o interruptores semiconductores, a veces integrados en condensador inteligente módulos.

El estilo de protección (construcciones con fusibles internos, fusibles externos o sin fusibles en los racks de media tensión) es importante para el mantenimiento y el comportamiento ante fallas. No cambia la primera pregunta del lector: ¿es un banco de condensadores fijo, un banco de condensadores automático o un banco de condensadores desintonizado?

Dónde se encuentran los bancos de condensadores en una planta

Los bancos de condensadores se ubican donde el problema reactivo está lo suficientemente concentrado como para justificar el equipo, y donde la conmutación no sorprenda a los equipos sensibles.

Los equipos de compras a menudo empiezan centralizados porque la cotización parece simple. Los ingenieros de procesos a veces prefieren bancos locales en los motores más grandes para que el bus principal nunca transporte esa corriente de magnetización.

Las plantas mixtas utilizan ambas cosas: un banco principal modesto más corrección local en algunas máquinas pesadas. El mapa correcto depende de los perfiles de carga medidos, no de un lema universal.

Límites, armónicos y cuándo un banco es la primera opción equivocada

Un banco de condensadores puede resultar contraproducente al cambiar transitorios o en paralelo resonancia armónica con cargas no lineales sobrecargan el dieléctrico, los fusibles y los variadores cercanos.

Energizar un banco de condensadores no es un evento leve. Las corrientes de irrupción y las perturbaciones de tensión aparecen cuando la capacitancia se encuentra con la inductancia del sistema. La maniobra en tándem —conectar un banco mientras otro ya está en servicio en la misma barra— puede ser aún más severa.

Los controladores, la impedancia de preinserción o la conmutación por cruce por cero existen específicamente para dominar ese estrés.

Los armónicos alteran aún más la historia. Las cargas no lineales (variadores de frecuencia, soldadoras, etapas de entrada de SAIs) inyectan corrientes a múltiplos de 60 Hz. La impedancia capacitiva disminuye a medida que aumenta la frecuencia, por lo que esas corrientes prefieren el banco.

Si el banco y la inductancia de la red resuenan cerca de un armónico característico (a menudo el 5.º o el 7.º), la distorsión de voltaje puede aumentar, los fusibles pueden calentarse demasiado y los condensadores pueden fallar prematuramente.

Del campo: Los debates sobre plantas en foros profesionales describen etapas automáticas de corrección del factor de potencia que producen un fuerte zumbido, reactores o condensadores sobrecalentados y fusibles fundidos, a veces lo suficientemente graves como para que los operadores dejen el equipo apagado “por miedo a un incendio”. Ese lenguaje es una advertencia sobre la resonancia y las cargas no lineales, no un motivo para abandonar por completo la corrección del factor de potencia.

Importante: No trate un banco simple y sin sintonizar como inofensivo en un bus con alta presencia de variadores de frecuencia (VFD) simplemente porque el factor de potencia de desplazamiento parece bajo en un resumen de facturación. Mida la distorsión de voltaje y corriente, revise el riesgo de resonancia y considere un reactor en serie con los condensadores —o una tecnología de potencia reactiva diferente— antes de añadir pasos. Armónicos IPQDF y condensadores del factor de potencia

Cuando las cargas oscilan rápidamente, cuando se requieren VARs bidireccionales o cuando los espectros de armónicos cambian constantemente, las opciones basadas en electrónica, como un SVG, pueden ser más adecuadas que otro paso de condensadores. El banco sigue siendo una herramienta sólida y económica para la demanda reactiva inductiva constante en una red lo suficientemente limpia; no es un valor predeterminado universal.

Elección de hardware de condensadores de baja tensión y siguientes pasos

Para los conjuntos de instalaciones de baja tensión, comience con bloques de condensadores en derivación comprobados y conmutación controlada, y luego abra el artículo sobre dimensionamiento antes de fijar los totales de kVAR.

Centro de compensación de potencia reactiva de CNBYG agrupa las partes que suelen aparecer juntas en un banco de baja tensión: unidades de condensadores en derivación, módulos de condensadores inteligentes, reactancias en serie, controladores y accesorios de conmutación. El Condensadores inteligentes de la serie BY81 combina la medición y el control con la conmutación sincrónica por cruce por cero para que los pasos puedan conectarse sin la corriente de entrada descontrolada de un golpe de contactor convencional.

condensador de derivación autorregenerable BSMJ unidades proporcionan los bloques de construcción de película metalizada que muchos gabinetes todavía utilizan como núcleo de kilovoltiamperios reactivos. Donde los armónicos requieran desintonización, empareje los condensadores con un reactor en serie como el Serie CKSG.

Ninguna de esas páginas de productos reemplaza una medición del sitio o la hoja de cálculo de kvar. Cuando esté listo para los números, continúe a dimensionamiento de banco de condensadores para corrección del factor de potencia. Utilice esta página de definiciones para mantener correctos el vocabulario, las opciones de ubicación y los límites armónicos mientras avanza ese trabajo de dimensionamiento.

Preguntas frecuentes

¿Cuál es la diferencia entre un condensador y un banco de condensadores?

Un condensador de potencia individual es una unidad sellada con una tensión nominal y una clasificación de kilovoltiamperios reactivos (kvar). Un banco de condensadores es el conjunto de múltiples unidades —más el bastidor, la carcasa, los fusibles, los interruptores y, a menudo, un controlador— cableadas para que el grupo cumpla con la necesidad total de tensión y kvar de la aplicación.

¿Por qué las plantas instalan bancos de condensadores?

Las plantas instalan bancos para suministrar potencia reactiva local para cargas inductivas, elevar el factor de potencia, reducir la corriente innecesaria en alimentadores y transformadores, y —cuando se aplican tarifas— evitar cargos por bajo factor de potencia que muchas empresas de servicios públicos pueden aplicar por debajo de aproximadamente 0.95.

¿Son los bancos de condensadores lo mismo que la corrección del factor de potencia?

Un banco de condensadores es uno de los elementos de hardware más comunes utilizados para la corrección del factor de potencia en paralelo, pero la “corrección del factor de potencia” es el objetivo del sistema. La corrección también puede implicar prácticas operativas, otros equipos o soporte reactivo basado en electrónica. Véase también qué es la compensación de potencia reactiva.

Fijo o automático: ¿cuál se adapta a cargas de motor variables?

Un banco de condensadores fijo se adapta a una demanda inductiva relativamente constante. Un banco de condensadores automático añade y elimina pasos de kVA reactivos a medida que cambia la carga de producción para que la instalación no permanezca sobrecompensada o subcompensada entre turnos.

¿Puede un banco de condensadores crear problemas de armónicos?

Sí. Junto con la inductancia del sistema, un banco puede formar resonancia armónica paralela cerca de una frecuencia armónica.

En plantas con gran cantidad de variadores de frecuencia (VFD), eso se manifiesta como sobrecalentamiento, operación de fusibles, ruido o aumento de la distorsión. Un banco de condensadores desintonizado, filtros o tecnologías de potencia reactiva alternativas abordan ese riesgo tras la medición.

¿Dónde debe conectarse el banco en una planta?

Centralizado en el tablero principal, agrupado en tableros de distribución o local en máquinas grandes son los tres patrones clásicos. Elija según dónde se concentre la demanda reactiva y cuánta oscilación de la tensión en barra pueda tolerar cuando los escalones conmutan.

¿Cómo se calcula el tamaño en kvar?

Utilice la potencia real medida y los ángulos de factor de potencia actual frente al objetivo —o una hoja de trabajo equivalente— en nuestro sitio dedicado dimensionamiento de banco de condensadores página. Este artículo de definición intencionalmente no vuelve a plantear esas matemáticas.

¿Cuándo debería considerar un condensador inteligente o una reactora de desintonización?

Considere un módulo de condensadores inteligente cuando necesite detección integrada y conmutación controlada por cruce por cero en un armario de baja tensión. Añada una reactancia en serie cuando las mediciones de armónicos muestren riesgo de resonancia con los pasos de condensadores convencionales. Revise las opciones de compensador de potencia reactiva centro antes de congelar una lista de materiales.

Referencias

1. Departamento de Energía de EE. UU. — Reducción del costo del factor de potencia
2. Bancos de condensadores — IEEE Technology Navigator
3. Tecnología Eléctrica — Características y aplicaciones de los bancos de condensadores
4. IEEE SA — Guía IEEE 1036-2020 para la aplicación de condensadores de potencia en derivación
5. IPQDF — Armónicos y condensadores de factor de potencia