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Bancos de condensadores para la compensación de potencia reactiva (kvar/Mvar) en redes eléctricas

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Bancos de condensadores

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Un banco de condensadores es un conjunto de múltiples unidades de condensadores conectadas entre sí para proporcionar compensación de potencia reactiva (kvar/Mvar) en los sistemas eléctricos. Los bancos de condensadores se utilizan para mejorar el factor de potencia, la estabilidad de la tensión, la eficiencia del sistema y la capacidad de transmisión de potencia, suministrando potencia reactiva adelantada para compensar las cargas inductivas.

Se instalan ampliamente en subestaciones eléctricas, instalaciones industriales, plantas de energías renovables y redes de distribución.

Funciones principales
Los bancos de condensadores están diseñados para:
·Mejorar el factor de potencia
·Reducir la demanda de potencia reactiva
·Reducir las pérdidas en la transmisión y la distribución
·Mejorar la regulación de la tensión
·Aumentar la capacidad del sistema
·Reducir la carga de los transformadores y los cables
·Mejorar la calidad general de la energía
·Contribuir a la estabilidad de la red

Principio de funcionamiento
La mayoría de las cargas eléctricas, como los motores, los transformadores y los equipos de inducción, consumen potencia reactiva atrasada.
Un banco de condensadores suministra potencia reactiva adelantada para compensar esta demanda.
Al reducir el flujo de corriente reactiva, el sistema funciona de forma más eficiente.

Componentes principales de un banco de condensadores
1.) Unidades de condensadores
Los componentes básicos del banco.
Componentes:
·Elementos de condensador
·Dieléctrico de película de polipropileno
·Electrodos de lámina de aluminio
·Medio aislante
·Resistencias de descarga
2.) Equipo de conmutación
Controla la conexión y desconexión de los condensadores.
Dispositivos típicos:
·Contactor de vacío
·Disyuntor
·Interruptor de carga
·Conmutador de tiristores
3.) Equipo de protección
Incluye:
·Protección por fusibles
··Relé de sobrecorriente
·Relé de protección contra desequilibrio
·Protección contra sobretensión
·Descargador de sobretensión
4.) Circuito de descarga
Finalidad:
·Elimina la energía eléctrica almacenada tras la desconexión
·Garantiza un mantenimiento seguro
Componentes:
·Resistencias de descarga
·Transformadores de tensión (opcionales)
5.) Sistema de control
Los bancos de condensadores automáticos incluyen:
·Controlador del factor de potencia
·Controlador PLC
·Transformador de corriente de medida
·Lógica de conmutación
·Interfaz de comunicación

Tipos de bancos de condensadores
1.) Banco de condensadores en derivación
El tipo más común.
Conexión:
·Conectado en paralelo con la red eléctrica
Finalidad:
·Suministra potencia reactiva a nivel local
·Mejora el factor de potencia
Aplicaciones:
·Subestaciones de distribución
·Plantas industriales
·Instalaciones comerciales
2.) Banco de condensadores en serie
Conexión:
·Instalado en serie con las líneas de transmisión
Finalidad:
·Reduce la impedancia de la línea
·Mejora la capacidad de transferencia de potencia
·Reduce la caída de tensión
Aplicaciones:
·Sistemas de transmisión de larga distancia
·Redes de muy alta tensión
3.) Banco de condensadores fijo
Características:
·Conectado de forma permanente
·Estructura sencilla
·Bajo coste
Aplicaciones:
·Cargas constantes
·Motores industriales
4.) Banco de condensadores con conmutación automática
Características:
·Ajusta automáticamente la potencia reactiva de salida
·Mantiene el factor de potencia deseado
Componentes:
·Controlador
·Módulos de conmutación
·Múltiples niveles de condensadores
Aplicaciones:
·Cargas industriales variables
5.) Banco de condensadores desintonizados
Características:
·Incluye reactancias
·Evita la resonancia armónica
Aplicaciones:
Sistemas con:
·Variadores de frecuencia
·Electrónica de potencia
·Distorsión armónica

Especificaciones técnicas típicas
·Rango de tensión: 400 V–500 kV
·Frecuencia: 50/60 Hz
·Capacidad: 50 kvar–1000 Mvar+
·Tipo: en derivación / en serie
·Método de conmutación: fijo / automático
·Dieléctrico del condensador: película de polipropileno metalizado
·Protección: fusible + protección por relé
·Refrigeración: refrigeración por aire natural
·Instalación: interior / exterior
·Normas: IEC 60871, IEEE 18

Aplicaciones típicas de tensión
·400 V–690 V Corrección del factor de potencia industrial
·3,3 kV–12 kV Compensación industrial de media tensión
·24 kV–35 kV Subestaciones de distribución
·66 kV–220 kV Soporte de tensión de red
·330 kV–500 kV Compensación de transmisión

Funciones de protección
Protección contra sobrecorriente
Protege contra:
·Cortocircuitos
·Fallos internos de los condensadores
·Protección contra desequilibrio de condensadores
Detecta:
·Fallos en elementos individuales de los condensadores
·Distribución desigual de la tensión
·Protección contra sobretensión
Protege contra:
·Picos de conmutación
·Tensión anómala del sistema
·Protección contra armónicos
Se utiliza en sistemas con:
·Inversores
·Variadores de frecuencia (VFD)
·Hornos de arco

Ventajas
Eficiencia energética
·Reduce el flujo de potencia reactiva
·Mejora la eficiencia eléctrica
Estabilización de la tensión
·Mantiene niveles de tensión estables
·Mejora el rendimiento de la red
Reducción de costes
·Reduce las tarifas por demanda
·Reduce las pérdidas eléctricas
Aumento de la capacidad
·Libera capacidad de los transformadores y las líneas de distribución
·Permite cargas adicionales
Mejora de la calidad de la energía
·Reduce las fluctuaciones de tensión
·Favorece un funcionamiento estable

Aplicaciones típicas
Subestaciones de servicios públicos
·Estabilización de la tensión de transmisión
·Regulación de la tensión de distribución
·Mejora de la estabilidad de la red
Plantas industriales
·Acerías
·Fábricas de cemento
·Instalaciones mineras
·Plantas químicas
·Fábricas de producción
Sistemas de energía renovable
·Plantas solares fotovoltaicas
·Parques eólicos
·Sistemas de almacenamiento de energía en baterías
Instalaciones comerciales
·Centros de datos
·Centros comerciales
·Grandes edificios de oficinas

Normas aplicables
·IEC 60871 – Condensadores en derivación para sistemas de energía de CA por encima de 1 kV
·IEC 60143 – Condensadores en serie para sistemas de energía
·Norma IEEE 18 – Condensadores de potencia en derivación
·IEC 60099 – Descargadores de sobretensión
·IEC 62271 – Aparamenta de alta tensión

Resumen de valores nominales típicos
·Tensión del sistema: 400 V–500 kV
·Capacidad: rango de kvar a Mvar
·Configuración: fija / conmutable
·Tipo de compensación: compensación de potencia reactiva
·Conmutación: contactor / interruptor / tiristor
·Protección: fusible, relé, descargador de sobretensión
·Instalación: interior / exterior
·Vida útil: 15–30 años

Un banco de condensadores es un componente clave en las redes eléctricas modernas, ya que proporciona compensación de potencia reactiva, mejora la estabilidad de la tensión, reduce las pérdidas y aumenta la capacidad del sistema. Se trata de una solución económica y fiable para mejorar el rendimiento de los sistemas eléctricos industriales, las redes de distribución y las redes de transporte.