Protección de Banco de Capacitores

Definición de Protección de Bancos de Capacitores

La protección de bancos de capacitores implica prevenir fallos internos y externos para mantener la funcionalidad y la seguridad.

Fusibles Elementales

Los fabricantes suelen incluir fusibles integrados en cada elemento del capacitor. Si ocurre un fallo en un elemento, se desconecta automáticamente del resto de la unidad. La unidad aún puede funcionar, pero con una salida reducida. Para bancos de capacitores más pequeños, solo se utilizan estos esquemas de protección integrados para evitar el costo de equipos de protección adicionales.

Fusible de Unidad

La protección por fusible de unidad limita la duración del arco en unidades de capacitores defectuosas. Esto reduce el riesgo de daños mecánicos importantes y la producción de gases, protegiendo las unidades vecinas. Si cada unidad en un banco de capacitores tiene su propio fusible, el banco puede seguir operando sin interrupción incluso si falla una unidad, hasta que se retira y reemplaza la unidad defectuosa.

Otra ventaja importante de proporcionar protección por fusible a cada unidad del banco es que indica la ubicación exacta de la unidad defectuosa. Sin embargo, al elegir el tamaño del fusible para este propósito, debe tenerse en cuenta que el elemento del fusible debe soportar la carga excesiva debido a los armónicos en el sistema. En vista de esto, la corriente nominal del elemento del fusible para este propósito se toma como 65% por encima de la corriente nominal completa. Cuando se protege cada unidad individual del banco de capacitores con un fusible, es necesario proporcionar resistencia de descarga en cada una de las unidades.

Protección del Banco

Aunque cada unidad de capacitor generalmente tiene protección por fusible, si una unidad falla y su fusible quema, el estrés de voltaje en las otras unidades de la misma fila en serie aumenta. Cada unidad de capacitor está diseñada para soportar hasta 110% de su voltaje nominal. Si otra unidad en la misma fila falla, el estrés en las unidades restantes saludables aumenta y puede superar su límite de voltaje máximo.

Por lo tanto, siempre es deseable reemplazar la unidad de capacitor dañada del banco lo antes posible para evitar el estrés de voltaje excesivo en las otras unidades saludables. Por lo tanto, debe haber algún arreglo indicativo para identificar la unidad defectuosa exacta. Tan pronto como se identifica la unidad defectuosa en un banco, el banco debe retirarse del servicio para reemplazar la unidad defectuosa. Hay varios métodos para detectar el desequilibrio de voltaje causado por el fallo de una unidad de capacitor.

La figura a continuación muestra el arreglo más común de protección de bancos de capacitores. Aquí, el banco de capacitores está conectado en formación estrella. El primario de un transformador de potencial está conectado a través de cada fase. El secundario de los tres transformadores de potencial están conectados en serie para formar un delta abierto y un relé sensible a la tensión está conectado a través de este delta abierto. 

En condiciones de equilibrio exacto, no debe aparecer ningún voltaje a través del relé sensible a la tensión porque la suma de los voltajes trifásicos equilibrados es cero. Pero cuando haya cualquier desequilibrio de voltaje debido al fallo de una unidad de capacitor, el voltaje resultante aparecerá a través del relé y el relé se activará para proporcionar una alarma y señales de disparo.

El relé sensible a la tensión puede ajustarse de tal manera que, a cierto desequilibrio de voltaje, solo se cierren los contactos de alarma. A un nivel de voltaje más alto, se cierran tanto los contactos de disparo como los de alarma. El transformador de potencial conectado a través de los capacitores de cada fase también ayuda a descargar el banco después de que se apaga.

En otro esquema, los capacitores en cada fase se dividen en dos partes iguales conectadas en serie. Se conecta un bobina de descarga a través de cada una de las partes, como se muestra en la figura. Entre el secundario de la bobina de descarga y el relé sensible a la tensión que desequilibra, se conecta un transformador auxiliar que sirve para regular la diferencia de voltaje entre los voltajes secundarios de la bobina de descarga en condiciones normales.

Aquí, el banco de capacitores está conectado en estrella y el punto neutro está conectado a tierra a través de un transformador de potencial. Un relé sensible a la tensión está conectado a través del secundario del transformador de potencial. Tan pronto como haya cualquier desequilibrio entre las fases, el voltaje resultante aparecerá a través del transformador de potencial y, por lo tanto, el relé sensible a la tensión se activará más allá de un valor preestablecido.