Guía de Operación y Mantenimiento para Capacitores Eléctricos

Directrices de Operación y Mantenimiento para Capacitores Eléctricos

Los capacitores eléctricos son dispositivos de compensación de potencia reactiva estática utilizados principalmente para suministrar potencia reactiva a los sistemas eléctricos y mejorar el factor de potencia. Al implementar la compensación local de potencia reactiva, reducen la corriente en las líneas de transmisión, minimizan las pérdidas de potencia y las caídas de tensión, y contribuyen significativamente a una mejor calidad de energía y un mayor aprovechamiento del equipo.

A continuación se presentan los aspectos clave de la operación y mantenimiento de los capacitores eléctricos para su referencia.

1. Protección de los Capacitores Eléctricos

(1) Se deben aplicar medidas protectoras adecuadas a los bancos de capacitores. Estas pueden incluir protección por relés de diferencia o balance, o protección por relés de sobrecorriente instantánea. Para capacitores con una calificación de 3,15 kV o superior, se recomienda instalar fusibles individuales en cada capacitor. La corriente nominal del fusible debe seleccionarse según las características del fusible y la corriente de inrush durante la energización, generalmente 1,5 veces la corriente nominal del capacitor, para prevenir explosiones del tanque de aceite.

(2) Además de lo anterior, pueden aplicarse medidas de protección suplementarias cuando sea necesario:

• Si el aumento de tensión es frecuente y sostenido, se deben tomar medidas para asegurar que la tensión no exceda 1,1 veces el valor nominal.

• Utilice interruptores automáticos adecuados para proteger contra sobrecorrientes, limitando la corriente a no más de 1,3 veces la corriente nominal.

• Cuando los capacitores estén conectados a líneas aéreas, se deben utilizar pararrayos adecuados para proteger contra sobretensiones atmosféricas.

• En sistemas de alta tensión donde la corriente de cortocircuito excede 20 A y los dispositivos protectores estándar o fusibles no pueden eliminar confiablemente las fallas a tierra, se debe implementar protección contra fallas a tierra monofásicas.

(3) La selección adecuada de los esquemas de protección es crucial para la operación segura y confiable de los capacitores. Independientemente del método utilizado, el sistema de protección debe cumplir con los siguientes requisitos:

• Suficiente sensibilidad para garantizar una operación confiable en caso de fallas internas en cualquier capacitor individual o fallo de elementos individuales.

• Capacidad para eliminar selectivamente capacitores defectuosos, o permitir la fácil identificación de unidades dañadas después de la desenergización completa.

• No debe haber disparos falsos durante las operaciones de conmutación o fallas del sistema, como fallas a tierra.

• Fácil de instalar, ajustar, probar y mantener.

• Bajo consumo de energía y costos de operación.

(4) No se debe instalar recierre automático en los bancos de capacitores. En su lugar, se debe utilizar un dispositivo de liberación por baja tensión. Esto se debe a que los capacitores requieren tiempo para descargarse. Si se intenta un recierre inmediatamente después de un viaje, puede quedar una carga residual con polaridad opuesta a la tensión de reenergización, resultando en corrientes de inrush extremadamente altas que pueden causar abombamiento del casco, proyección de aceite o incluso explosión.

2. Energización y Desenergización de Capacitores Eléctricos

(1) Antes de energizar un banco de capacitores, utilice un megohmímetro para verificar el circuito de descarga.

(2) Las siguientes consideraciones se aplican al conmutar bancos de capacitores:

• Los bancos de capacitores no deben conectarse a la red cuando la tensión de bus excede 1,1 veces la tensión nominal.

• Después de desconectarse de la red, un banco de capacitores no debe ser reenergizado dentro de 1 minuto, excepto en aplicaciones de conmutación repetida automática.

• Los interruptores utilizados para la conmutación no deben producir sobretensiones peligrosas. La corriente nominal del interruptor no debe ser inferior a 1,3 veces la corriente nominal del banco de capacitores.

3. Descarga de Capacitores Eléctricos

(1) Después de desconectarse de la red, los capacitores deben descargarse automáticamente. La tensión terminal debe disminuir rápidamente de tal manera que, independientemente de la tensión nominal, no exceda 65 V dentro de 30 segundos de la desconexión.

(2) Para garantizar la seguridad, se deben instalar dispositivos de descarga automáticos en el lado de carga del interruptor del circuito del capacitor y directamente en paralelo con el capacitor (no se deben colocar interruptores, aisladores o fusibles en serie). Los bancos de capacitores equipados con dispositivos de descarga no dedicados, como transformadores de tensión (para capacitores de alta tensión) o lámparas incandescentes (para capacitores de baja tensión), o aquellos conectados directamente a motores, no requieren dispositivos de descarga adicionales. Cuando se usan lámparas, la vida útil puede extenderse aumentando el número de lámparas en serie.

(3)  Antes de tocar cualquier parte conductora de un capacitor desconectado, incluso si ha ocurrido la descarga automática, se debe usar un varilla metálica aislada y conectada a tierra para cortocircuitar los terminales del capacitor para la descarga manual.

4. Mantenimiento y Cuidado Durante la Operación

(1) Los bancos de capacitores deben ser monitoreados por personal capacitado, y se deben mantener registros de operación.

(2) Se deben realizar inspecciones visuales diarias de los bancos de capacitores en operación según lo regulado. Si se observa abombamiento del tanque, la unidad debe sacarse de servicio inmediatamente para prevenir fallas.

(3) La corriente de fase en el banco de capacitores puede monitorearse usando amperímetros.

(4) Los capacitores no deben energizarse cuando la temperatura ambiente esté por debajo de -40 °C. Durante la operación, la temperatura promedio no debe exceder +40 °C durante más de 1 hora, +30 °C durante más de 2 horas, o +20 °C anualmente. Si se superan estos límites, se debe utilizar enfriamiento artificial (por ejemplo, ventiladores) o desconectar el banco de capacitores de la red.

(5) Las comprobaciones de temperatura en el sitio de instalación y en el punto más caliente del casco del capacitor deben realizarse utilizando termómetros de mercurio o equivalentes, y se deben llevar registros (especialmente durante el verano).

(6) La tensión de operación no debe exceder 1,1 veces la tensión nominal; la corriente de operación no debe exceder 1,3 veces la corriente nominal.

(7) La conexión de capacitores puede elevar la tensión del sistema, especialmente bajo carga ligera. En tales casos, se debe desconectar parcial o totalmente el banco de capacitores.

(8) Los empalmes y los aisladores de soporte deben estar limpios, sin daños y libres de marcas de descarga. El casco del capacitor debe estar limpio, sin deformaciones y sin fugas. No se debe acumular polvo o escombros en el capacitor o en su estructura de soporte.

(9) Todas las conexiones en el circuito del capacitor (barras colectoras, cables de tierra, interruptores, fusibles, conmutadores, etc.) deben inspeccionarse para verificar su fiabilidad. Incluso un tornillo suelto o un mal contacto pueden provocar un fallo prematuro del capacitor o incidentes a nivel del sistema.

(10) Si se requiere una prueba de resistencia dieléctrica después de un período de operación, se debe realizar a la tensión de prueba especificada.

(11) La inspección de los valores de capacitancia y los fusibles debe realizarse al menos una vez al mes. El tangente de pérdida (tanδ) de los capacitores debe medirse 2-3 veces al año a tensión nominal o cercana a la nominal para evaluar la condición de aislamiento.

(12) Si un banco de capacitores se desconecta debido a la operación de un relé, no se debe reenergizar hasta que se identifique la causa.

(13) Si se encuentra fuga de aceite durante la operación o el transporte, se puede reparar mediante soldadura con estaño-plomo.

5. Precauciones en la Operación de Conmutación (Aislamiento)

(1) Bajo condiciones normales, durante el apagado completo de la subestación, primero se debe abrir el interruptor del banco de capacitores, seguido de los interruptores de línea de salida. Durante la reenergización, la secuencia debe ser inversa.

(2) En caso de un corte de energía total, se debe abrir el interruptor del banco de capacitores.

(3) Después de que un banco de capacitores se desconecte, no se permite la reenergización forzada. Si un fusible de protección se quema, no se debe reemplazar y reenergizar hasta que se determine la causa.

(4) Los capacitores no deben energizarse mientras están cargados. Después de la desconexión, el recierre debe retrasarse al menos 3 minutos.

6. Manejo de Fallas Durante la Operación

(1) En caso de rociado de aceite, explosión o incendio, desconecte inmediatamente el suministro de energía y extinga el fuego utilizando arena o un extintor de incendios seco. Tales incidentes generalmente se deben a sobretensiones internas/externas o a fallas internas graves. Para prevenir la recurrencia, asegúrese de que las calificaciones de los fusibles sean correctas, evite la reenergización forzada después de un viaje y no use el recierre automático.

(2) Si el interruptor se desconecta pero el fusible de rama permanece intacto, descargue el capacitor durante 3 minutos, luego inspeccione el interruptor, el transformador de corriente, el cable de alimentación y la condición externa del capacitor. Si no se encuentran anomalías, la falla puede deberse a perturbaciones externas o fluctuaciones de tensión. Después de la confirmación, se puede intentar una reenergización de prueba. De lo contrario, realice una prueba completa del sistema de protección. Si la causa sigue sin identificarse, desarme el banco y pruebe cada capacitor individualmente. No intente la reenergización hasta que se encuentre la causa.

(3) Cuando un fusible se quema, informe al despachador de turno y obtenga la aprobación antes de abrir el interruptor del circuito del capacitor. Después de desenergizar y descargar, realice una inspección externa (por ejemplo, flashover en el empalme, deformación del casco, fuga de aceite, fallas a tierra). Luego, mida la resistencia de aislamiento entre terminales y a tierra con un megohmímetro. Si no se detecta ninguna falla, reemplace el fusible y reanude la operación. Si el fusible vuelve a quemarse al reenergizar, aísle el capacitor defectuoso y restablezca el servicio al resto.

7. Precauciones de Seguridad al Manejar Capacitores Defectuosos

Antes de manipular un capacitor defectuoso, desconecte su interruptor, abra los interruptores de desconexión en ambos lados y descargue el banco a través de la resistencia de descarga (por ejemplo, transformador de descarga o VT). Debido a la posible carga residual, aún se debe realizar una descarga manual. Primero, conecte firmemente el extremo de tierra de la varilla de tierra, luego descargue repetidamente los terminales del capacitor hasta que no haya chispas ni sonidos. Finalmente, asegure la conexión a tierra.

Los capacitores defectuosos pueden tener conexiones internas deficientes, circuitos abiertos o fusibles quemados, dejando carga residual. Por lo tanto, el personal de mantenimiento debe usar guantes aislantes y cortocircuitar los dos terminales del capacitor defectuoso con un cable de cortocircuito antes de tocarlo.

Para bancos de capacitores con conexiones doble estrella, la línea neutra, y para cadenas de capacitores en serie, también se debe realizar una descarga individual.

Entre el equipo de subestación, los capacitores eléctricos son relativamente vulnerables debido a un aislamiento más débil, mayor generación de calor interno, mala disipación de calor, mayor tasa de fallas internas y materiales internos combustibles, lo que los hace propensos a incendios. Por lo tanto, siempre que sea posible, se deben proporcionar condiciones operativas favorables de baja temperatura y bien ventiladas.

8. Reparación de Capacitores Eléctricos

(1) Los siguientes fallos pueden repararse en el sitio:

• La fuga de aceite del casco se puede reparar soldando con aleación de estaño-plomo.

• La fuga de aceite en las soldaduras de los empalmes también se puede reparar soldando, pero se debe tener cuidado de no aplicar demasiado calor, ya que podría dañar el recubrimiento de plata.

(2) Fallos como la rotura de aislamiento a tierra, aumento significativo del tangente de pérdida, abombamiento severo del casco o circuitos abiertos requieren reparación en instalaciones especializadas de servicio de capacitores equipadas con las herramientas y equipos de prueba adecuados.