|
¿Por qué su Banco de Condensadores Debería Quedar Aislado?
Introducción
¿Deberían los bancos de condensadores de media tensión en sistemas de energía comercial e industrial estar aisladas? Esta pregunta aparece normalmente y la respuesta no es normalmente por las siguientes razones:
• Los bancos de condensadores aisladas pueden interferir con el sistema de protección de falla a tierra de las instalaciones y pueden causar que toda la instalación pierda energía (disparo del disyuntor principal).
• Las corrientes armónicas en el camino a tierra pueden causar una interferencia armónica con los sistemas de comunicación y control.
• Las corrientes de descarga del condensador pueden dañar los relés de sobretensión cercanos.
La interferencia con el sistema de protección de falla a tierra de las instalaciones es la razón principal para no aislar un banco de condensadores y la serie de filtro armónico. Aunque esta interferencia se puede reducir o eliminar a través de la modificación del sistema, puede necesitar un análisis de coordinación de protección, los cambios de relé y/o cambios de resistencia a tierra. Esto agrega costos y complejidad a la instalación y puede degradar la sensibilidad del sistema existente de protección de falla a tierra. Este boletín describe cómo un banco de condensadores aislada puede interferir con el sistema de protección de falla a tierra de las instalaciones y puede sugerir que todas los bancos aplicadas en los sistemas de energía comercial e industrial queden aisladas.
Figura 1 – Típica instalación industrial mostrando el sistema de protección de falla a tierra, condensador defectuoso y camino de corriente de falla para un condensador defectuoso.
Antecedentes
Generalmente, la mayoría de las instalaciones industriales con distribuciones de 2,4kV hasta 13,8kV son a tierra resistivas a través de resistentes de puesta a tierra, como se muestra en la Figura 1. Los sistemas son de puesta a tierra resistivos para reducir la corriente de falla y el daño del arco durante las falla de fase a tierra. Esto es verdad ara los sistemas con motores conectados de forma directa. La resistencia normalmente tiene una clasificación de amperes de 10 segundos (continuos y clasificaciones de 60 segundos también están disponibles, pero no son típicas) que es aproximadamente igual a la corriente a tierra que fluiría si ocurre una fase a tierra. La clasificación continua de corriente de una resistencia de 10 segundos es mucho menor que la clasificación de 10 segundos. Por ejemplo, una resistencia de 10 segundos y 200 amps puede tener una clasificación continua de 50 amps. Por esta razón, el relé de falla a tierra , mecanismo 51G, es normalmente ajustado para levantar aproximadamente 10% de la clasificación de resistencia o 20 amps. Esto protege la resistencia de las fallas no claras del alimentador y otras anormalidades del sistema que puedan dañar la resistencia.
Figura 2 – Gráfico de coordinación de tiempo de corriente del sistema visto en la Figura 1
Sistemas A Tierra Resistivos
La Figura 1 se usa para ilustrar cómo un banco de condensadores a tierra puede interferir con el sistema de protección de falla a tierra de un sistema a tierra resistivo. Las mayores preocupaciones aparecen cuando un condensador falla, como se ve en la Figura 1 marcado con la “X”. Como las fallas de los condensadores de media tensión han disminuido, un condensador de fallas es como aplicar una falla de fase tierra en el sistema de protección de las instalaciones. Ya que el sistema es puesto a tierra a través de una resistencia de 200 amps, aproximadamente 200 amps de corriente de falla fluirá a través de la resistencia. Estos 20 amps de corriente en la resistencia a tierra se detectarán por el relé de falla a tierra (51G) y causará que se levante ya que está fijado a aproximadamente 10% de la clasificación de resistencia. Esto causará que el disyuntor principal de la instalación se active, causando un apagón en la planta y una posible gran pérdida económica.
Uno podría pensar que un fusible de condensador de corriente limitada de 40 amps se quemaría antes que el disyuntor principal, pero este no es el caso, como se puede ver en la Figura 2. De hecho, se necesitaría una resistencia de unos 500 amps antes que se logre la coordinación entre el fusible del condensador de 40 amps y el relé de protección de falla a tierra principal. Para condensadores más grandes con fusibles más grandes, el límite de la coordinación (o tamaño de la resistencia) sería incluso más alto, de unos 1400 amps para un condensador de 500 kvar.
Para empeorar la situación, no se sabría sobre la activación del disyuntor principal a menos que el banco estuviera equipado con un esquema de detección de desequilibrio lo suficientemente rápido (el disyuntor principal se activa y despeja antes que el fusible del condensador se queme) que tiene una bandera eléctrica o un contacto de enclavamiento. En la reactivación del sistema, el disyuntor principal se activaría de nuevo, esto seguiría pasando hasta que se quemara el fusible del condensador.
Incluso después que se queme el fusible del condensador, aun hay muchas posibilidades de que el sistema no sea conectado. Esto se debería al desequilibrio en el banco de condensadores. Para el sistema en la figura 1, el flujo de desequilibrio de corriente para un fusible quemado sería de aproximadamente 26 amps, suficiente como para activar el relé principal de la falla a tierra.
Si el banco esté equipada con un esquema de detección de desequilibrio, se puede descubrir la causa de la activación del disyuntor principal, pero puede que aun esté el problema de determinar cuál condensador falló, esto debido a que el disyuntor principal se activa antes que el fusible se pueda derretir y despejar (vea la Figura 2). Por lo tanto, los indicadores del fusible quemado no se accionarían y sería necesario un ohmio-metro o un probador de capacidad. Esta sería una tarea que consumiría tiempo y dinero.
Sistemas Con una Sólida Conexión a Tierra
Aunque la mayoría de los sistemas de energía comercial e industrial son de puesta a tierra resistivos, hay situaciones donde pueden tener una sólida conexión a tierra. Esto debido a la preferencia de los ingenieros de diseño o porque la instalación está directamente conectada al sistema de distribución de utilidad. La misma posibilidad descrita anteriormente existe para los sistemas que están conectados a la utilidad a través de un transformador reductor con una sólida conexión a tierra, pero es menos probable ya que las corrientes de falla a tierra son muchos más altas y el fusible de corriente limitada es mucho más rápido en los niveles de corriente más altos. Esto se puede ver en la Figura 2. Las típicas fallas a tierra serían de unos 7.000 a 20.000 amps en estos sistemas, y se podría lograr una coordinación. Sin embargo, la coordinación se debería revisar, ya que el cierre de la planta podría se muy costoso.
Sistemas Conectados Directamente a un Sistema de Distribución de Utilidad
Las instalaciones alimentadas directamente desde su sistema de distribución de utilidad (sin transformador reductor), tal como se muestra en la Figura 3 están conectadas a tierra de acuerdo con las prácticas de utilidad de conexión a tierra. Normalmente este sería un sistema de 4 cables de conexión múltiple.
Figura 3 – Camino de corriente de falla de conexión a tierra cuando el industrial es conectado directamente al alimentador de distribución de utilidad
La instalación puede o no tener relés de falla de conexión a tierra en los conductores de entrada de servicio. Si hay relés presente, el relé de falla de conexión a tierra sería un relé de sobretensión conectado de forma residual o mecanismo 51N. Estos relés no están fijados tan bajo como el mecanismo 51G debido a corrientes erróneas en la fase de los relés. Las instalaciones luchan por ajustes mínimos de levante permisibles, y por lo tanto la coordinación debe seguir siendo revisada como fue hecho en la Figura 2.
Para las utilidades que usan un sistema de conexión a tierra simple o un sistema aislado, se debería consultar la utilidad para determinar si la conexión a tierra del banco de condensador interferirá con su sistema. Los relés a tierra en un sistema de distribución de utilidad de conexión a tierra simple puede ser fijado lo suficientemente bajo para su traslado. El sistema aislado levanta una preocupación sin relación con las sobretensiones de las fallas de conexión a tierra poco claras.
Conclusión
Con la discusión anterior debería quedar claro que la instalación de bancos de condensadores de conexión a tierra en sistemas de energía comercial e industrial puede interferir con el sistema de protección de fallas de conexión a tierra de las instalaciones. Se debería realizar un estudio técnico para sobrellevar estos problemas, pero esto se añade a los costos y complejidad de la instalación.
El tema negativo asociado con los bancos de condensadores aisladas es el siguiente:
• La coordinación del fusible es difícil en bancos más pequeños ya que un condensador defectuoso sólo alcanzará tres veces la clasificación de corriente nominal de los bancos.
• Las condiciones de sobretensión pueden ocurrir en los condensadores sin fallas en los bancos de desequilibrio debido a la quema de un fusible. Esta condición se puede eliminar al cambiar el número de los condensadores, aislar las conexiones neutrales, y/o agregar un esquema de detección de desequilibrio neutral al banco.
Los temas anteriores se pueden estudiar fuera del diseño por el fabricante sin ninguna consideración por el sistema al que se está aplicando. Esta responsabilidad cae sobre el fabricante y no sobre el ingeniero o el ingeniero de diseño de las instalaciones que trabajan en la instalación del banco de condensador.
El boletín de NEPSI sobre la Protección de Desequilibrio de Tensión Neutral proporciona más información sobre el material anterior.
Para ventas en Latinoamérica:
Ingeniería y Desarrollo Tecnológico S.A.
www.idt.cl
info@idt.cl
teléfono: +56 (2) 719-2200
fax: +56 (2) 742-3934
Contacto: Rodrigo Dünner
Northeast
Power Systems, Inc.
66
Carey Road
Queensbury, New York 12804
Teléfono: 518-792-4776
Fax: 518-792-5767
E-mail:
sales@nepsi.com
Website:
www.nepsi.com
|
