Ventajas y Desventajas de los Diferentes Tipos de Bancos de Condensadores

INTRODUCCIÓN

Los bancos de condensadores y series de filtro armónico se pueden adquirir y especificar de cuatro maneras diferentes, como se muestra a continuación:

1. Bajo Gabinete Metálico: Los bancos de este tipo están totalmente rodeadas de un gabinete metálico y están normalmente ubicadas dentro una subestación con rejas o en un cuarto de conmutador de alta tensión.

2. Base de Concreto: Los bancos de este tipo están completamente rodeadas de un gabinete de acero con requerimientos de integridad contra todo error de manejo establecidos en C37.12.28 de ANSI. Estos bancos son normalmente frontales y están ubicadas en áreas de acceso público. Todas las características disponibles en un banco con gabinete metálicas están disponible en un banco de base de concreto

3. Cremallera de Depósito: Los banco de este tipo han expuesto partes activas y están apoyadas en una estructura de acero. Estos bancos están normalmente ubicados en subestaciones con rejas.

4. Punta del Poste: Los bancos de este tipo han expuesto partes activas y están normalmente apoyadas por una vara de energía de madera.

Estos cuatro tipos de bancos proporcionan la misma función con respecto a la corrección del factor de energía, filtros armónicos y control de tensión. Su diseño físico, instalación, apariencia y características operacionales, sin embargo, pueden ser dramáticamente diferentes. Este documento proporciona información que concierne las ventajas y desventajas de cada uno de estos tipos de Bancos de Condensadores y Series de Filtro Armónico. Es importante que los ingenieros específicos y los compradores entiendan la diferencia clave entre los cuatro bancos para que se compre un tipo apropiado de banco.

BATERÍAS CON GABINETE METÁLICO Y EN BASE DE CONCRETO

La figura 1 muestra una típica banco con gabinete metálico. Estos bancos ofrecen las mismas características que los bancos en base de concreto y vienen completamente armadas, probadas y listas para la interconexión. Casi todas las características de control y equipo concebibles están disponibles en este estilo de bancos. Las características claves que normalmente están incluidas con los bancos de condensadores y series de filtro armónico con gabinete metálico son las siguientes:

Conmutador de Desconexión por Aire de Entrada Principal: Este conmutador proporciona un acceso seguro al banco y los medios de desconexión visibles requeridos por el Código Eléctrico Nacional (NEC – Artículo 460-24(b) (2)). Todos los consumidores de energía sin utilidad no necesarios para seguir los requerimientos en NEC.

Conmutador a Tierra: Este conmutador pone a tierra los terminales de costado de carga del Conmutador de Desconexión por Aire de Entrada Principal durante la mantención. También proporciona el medio para descargar todas las cargas atrapadas en los condensadores. Para las aplicaciones industriales, se necesita el conmutador a tierra cuando el conmutador de desconexión del banco de condensadores forma una de las seis desconexiones de servicio (Artículo 230-204d de NEC).

Fusibles de Entrada Principal de Corriente Limitada: Estos fusibles proporcionan una protección principal de conductor para todo el banco de condensador y serie de filtro armónico. Los fusibles se pueden cambiar de manera segura mientras que el Conmutador de Desconexión por Aire de Entrada Principal se abre.

Conmutadores y Contactores de Vacío: Los Conmutadores y Contactores de Vacío permiten que el banco se encienda y apague en incremento.

Reactores de Irrupción Transitoria y de Filtro Armónico: Los reactores de irrupción transitoria limitan la magnitud y frecuencia de los transitorios asociados con la conmutación del banco de condensador. Los reactores de filtro armónico sintonizan los bancos de condensadores para especificar las frecuencias a una distorsión armónica más baja y mejorar la calidad de la energía. Los reactores de filtro normalmente serán de tipo de núcleo de hierro, mientras que los reactores de irrupción transitoria serán de tipo de núcleo de aire. Condensadores

Fusionado Individualmente: Los bancos de condensadores con gabinete metálico son proporcionadas con condensadores de doble casquillo que están protegidos de la ruptura de la caja por fusibles de corriente limitada.

Detección de Fusible Quemado: Los sistemas de detección de fusibles quemados proporcionan una indicación externa (normalmente por una luz estroboscópica o un panel de articulación ubicado externamente) de una condición de fusible quemado.

Controles Automáticos: Los bancos con gabinete metálico son entregadas con controles automáticos que son ensamblados en un compartimiento de control como se muestra en la Figura 1.

Estos controles encienden y apagan los bancos basadas en un factor de energía u otras señales (por ejemplo, tensión, temperatura, corriente, KW o impulso de kvar) de acuerdo con los requerimientos del sistema. Sistema de Enclavamiento por Cerradura: Un sistema de enclavamiento por cerradura se entrega normalmente para controlar el ingreso, salida y la operación apropiada del banco.

Figura 1 – Banco de Filtro Armónico con gabinete metálico de 10 MVAR 34,5kV Ensamblada en una Almohadilla de Concreto

Ventajas -

Metal-Enclosed Banks/Pad-Mounted Banks

• Bancos con Gabinete Metálico/Bancos en Base de Concreto

• El conmutador de entrada principal, conmutador a tierra y fusibles de entrada principal alcanzan los requerimientos de NEC para “Mecanismo de Entrada de Servicio”. Un disyuntor o conmutador corriente arriba no se necesita para desconectar este tipo de banco en un punto de servicio de utilidad eléctrica.

• Un banco con gabinete metálico viene completamente ensamblada, probada y lista para la interconexión. No se requiere un montaje en el emplazamiento. Por lo tanto, los costos de instalación y problemas asociados con errores durante la instalación son muy poco probable.

• Los costos de mantenimiento para los bancos con gabinete metálico son muy bajos,. El equipo especial como camiones deflectores y herramientas de línea especial, así como también personal entrenado necesario para utilizarlas, no son necesarios debido a las características de construcción y control que son proporcionados con los bancos con gabinete metálico.

• Un banco con gabinete metálico reduce los riesgos y la responsabilidad asociada de entrar sin autorización o público falso y empleados no entrenados estén expuestos a los peligros eléctricos. Con la bancos con gabinete metálico, todas las partes activas están resguardadas en un gabinete de conexión a tierra y de enclavamiento por cerradura ningún hardware externo es accesible.

• Los bancos en base de concreto no necesitan ser localizadas dentro de una subestación entre rejas. • Los bancos con gabinete metálico y en base de concreto tienen una huella muy pequeña.

• La vida silvestre y asentamientos voladores que puedan causar fallas y el seguimiento del aislante no afectan los bancos con gabinete metálico.

• • Los bancos con gabinete metálico proporcionan una buena resistencia a la corrosión de todos los componentes eléctricos protegidos por un gabinete de calibre galvaneal 11pintado con una pintura marina con base de epoxi. Esta pintura proporciona una excelente resistencia a salpicaduras, derrame, gases y problemas climáticos para las soluciones de ácido, alcalino y sal (soluciones de sal, alcalino, neutral y ácido), agua fresca, solventes y entorno de productos petrolíferos.

• Los bancos con gabinete metálico utilizan fusibles limitados que reducen fuertemente el daño asociado con las fallas. Los fusibles de corriente limitada también proporcionan la mejor coordinación con mecanismo de protección corriente arriba y, por lo tanto, reducen la responsabilidad asociada con una avería de energía a lo largo del sistema.

• Los bancos con gabinete metálico son estéticamente agradables debido a su bajo perfil y de huella pequeña. Además, se pueden pintar para encajar con la arquitectura ambiente.

• Los componentes dentro de los bancos con gabinete metálico son protegidos del sol y rayos ultra violeta.

• Para las series de filtro, el campo magnético asociado con los reactores de filtro será reducido al núcleo de hierro.

Desventajas

Bancos con gabinete metálico/ bancos en base de concreto

• El costo inicial del equipo puede ser mayor y por lo tanto la justificación que incluye una futura responsabilidad, costo de instalación, costos de mantenimiento y costo de operación puede ser necesitada.

• En ambientes polvorientos, los filtros de incorporación pueden necesitar una rutina de limpieza.

• Los bancos con gabinete metálico no están disponibles en tensiones mayores que los 34,5kV

• Características estándar de los bancos con gabinete metálico varían entre los fabricantes. Una compra informada puede requerir un nivel más alto de investigación.

• Los componentes son sólo parcialmente visibles a través de ventanas de evolvente cuando los bancos son activados.

• Los bancos con gabinete metálico requieren un tipo de fusible de corriente limitada más cara.

• Los bancos con gabinete metálico pueden ser difícil de expandir. La capacidad de expansión debería ser diseñada en el banco durante la etapa de especificación del banco. Condensadores grandes, condensadores adicionales, o extensión de la barra conductora (hacia una sección del condensador adyacente) no siempre pueden ser posible sin una planificación apropiada y diseño del banco.

• Aunque NEPSI trata de utilizar un Conductor de Cobre Plateado para interconectar componentes de media tensión, otros fabricantes pueden usar un cable de media tensión menos rígido o un alambre desnudo.

Bancos de Condensadores de Cremallera de Depósito

La figura 2 muestra un típico banco de condensadores de cremallera de depósito. estos bancos son normalmente enviadas desde el proveedor parcialmente ensambladas.

Normalmente, la estructura de elevación, los depósitos de condensadores individuales PT, CT, Controles, Conmutadores de Desconexión, Conmutador a Tierra, Reactores, y Mecanismo de Detección Neutral, necesitan un ensamblaje e interconexión en el campo.

Casi toda característica del equipo o control concebible puede ser proporcionada en este estilo de bancos. Sin embargo, se tiene que saber que controles sofisticados y características de operación no son parte de una oferta de equipo estándar y son normalmente entregadas en forma separada.

Las características clave son normalmente incluidas con los bancos de condensadores de depósito y con los bancos de filtro armónico de la siguiente manera: Estructura de Elevación: Debido a los requerimientos de NEC y NESC, los bancos condensadores de cremallera de depósito, series de filtro armónico y componentes asociados son ensambladas en una estructura de elevación de 8 pies (o mayor). Conmutador Principal de Desconexión: Dependiendo del nivel de tensión, estos conmutadores pueden estar adjuntos a la cremallera de depósito o en una estructura de elevación adyacente.

Los conmutadores pueden ser del tipo de operación a distancia o del tipo de operación por una manilla de tipo rotatoria. Conmutador a Tierra: Este conmutador conecta a tierra los terminales de carga de costado del Conmutador de Desconexión Principal durante el mantenimiento.

También proporciona un medio de descarga de toda la carga atrapada en los condensadores. Este conmutador puede o no estar adjunto a la Cremallera de Depósito principal. Disyuntor/Conmutador de Vacío: Los Disyuntores/Conmutadores de Vacío permiten que el banco sea encendido y apagado en incrementos o como uno solo. Reactores de Filtro Armónico e Irrupción Transitoria: Los reactores de irrupción transitoria limita la magnitud y frecuencia de los transitorios asociados con la conmutación de bancos de condensadores.

Los reactores de filtro armónico sintonizan los bancos de condensadores para especificar las frecuencias a una distorsión armónica más baja y mejorar la calidad de la energía.

Los reactores pueden estar ensamblados en el banco de condensadores de depósito de cremallera o ensamblados en una estructura de elevación separada. Ambos reactores serán del tipo de núcleo de hierro.

Condensadores Fusionados Individualmente: Los bancos de condensadores de depósito de cremallera son normalmente suministradas con condensadores de doble o simple casquillo protegidos de la ruptura de la caja por los fusibles de estilo de expulsión.

Detección de Fusible Quemado: los sistemas de detección de fusible quemado proporcionan una indicación externa (normalmente por una luz estroboscópica o un panel de articulación ubicado externamente) de una condición de fusible quemado.

Figura 2 – Típico Banco de Condensadores en depósito de cremallera mostrando los conmutadores, transformadores de potencia, reactores de irrupción transitoria y la cremallera del banco de condensadores

Ventajas -

Bancos de Condensadores de Depósito de Cremallera

• El costo inicial es bajo

• Todos los componentes eléctricos son totalmente visibles para ser vistos mientras se activa el banco.

• E banco de condensadores de depósito de cremallera es fácil de instalar al reemplazar condensadores más pequeños con condensadores más grandes o al especificar las ranuras vacías para la futura colocación de condensadores.

• Los fusibles de condensadores de estilo de expulsión son económicos de reemplazar.

• Los bancos están disponibles en el nivel de media tensión (2,4kV a 34,5kV) y nivel de alta tensión (tensiones superiores a los 34,5kV)

• Los depósitos de cremallera están protegidos por los estándares de ANSI y IEEE con los que todos los fabricantes deberían cumplir.

Desventajas

Bancos de Condensadores de Depósito de Cremallera

• Los bancos de depósito de cremallera proporcionan una responsabilidad debido a las partes activas expuestas El costo de instalación puede ser mayor por las siguientes razones:

1. El tiempo de instalación es alto debido a un alto nivel de ensamblaje

2. Se requiere la instalación por parte de personal entrenado debido a los requerimientos de ensamblaje

3. Se requieren camiones deflectores y grúas debido a los requerimientos de ensamblaje y a la altura del trabajo.

• Los bancos de depósito de cremallera están expuestos a contaminantes aéreos que pueden causar un seguimiento y un eventual contorneamiento.

• Los bancos de depósito de cremallera están expuestas a la flora y fauna lo cual puede causar fallas de conexión a tierra y de fase. • Los depósitos de cremallera son difíciles y más costosos de mantener, ya que pueden tener una altura de hasta 25’ a 35’.

• Los depósitos de cremallera no son estéticamente agradables ya que son altos y están construidos con una estructura de canal de acero (o aluminio) y en ángulo.

• Los componentes eléctricos de los depósitos de cremallera están expuestos al medio ambiente y son venerables a salpicaduras químicas, gases, luz solar y al clima.

• Los depósitos de cremallera necesitan un requerimiento de una gran huella y despeje, ocupando valiosos espacio de subestación.

• Los depósitos de cremallera son propensos a un error de instalación y necesitan estudio de campo debido a los requerimientos de ensamblaje.

Bancos de Condensadores de Punta de Poste

La figura 3 muestra una típico banco de condensadores de punta de poste.

Estos bancos son normalmente enviados ensamblados listos para la interconexión. Los bancos son colocadas cerca de la punta del poste, bajo los conductores de fase. La tensión de control de los conmutadores de condensadores y otros controles asociados se obtienen de un transformador de energía de control separado (no se ve en la figura 3).

La mayoría de los bancos se suministran como bancos automáticas de un solo escalón o bancos fijos. Los bancos automáticas de un solo escalón son controladas basándose en la tensión, corriente, Var, tiempo y temperatura.

Estos bancos son compradas principalmente para las utilidades eléctricas. Las características claves suministradas con un banco de condensadores de punta de poste son las siguientes:

• Condensadores de doble casquillo o de doble casquillo de una sola fase.

• Conmutadores de vacío de una sola fase o conmutadores de aceite.

• Controlador de un escalón cuando el banco esté siendo aplicada como un banco automático (normalmente ensamblada en la base del poste).

• Disruptores de una fase para desconectar y proteger los grupos de condensadores de la ruptura de la caja.

• Transformador de energía de control de una fase (normalmente ensamblado de forma separada debajo del banco de condensadores).

Figura 3 – Típico banco de condensadores de punta de poste mostrando conmutadores, depósito de condensadores y condensadores

Ventajas -

Banco de Condensadores de Punta de Poste

• Bajo costo de equipo

• Diseño simple

• Los disruptores de fusión son económicos de reemplazar.

• No se necesita espacio de subestación ya que el banco de condensadores es colocada en el poste.

Desventajas -

Banco de Condensadores de Punta de Poste

• Para aplicaciones comerciales e industriales, los medios de desconexión no cumplen con el Código Eléctrico Nacional.

• Los Bancos de punta de poste son difíciles de mantener ya que pueden estar hasta 35 pies de altura y son normalmente instalados cerca de una línea aérea de media tensión.

• Los bancos de punta de poste están expuestas a contaminantes aéreos que pueden causar un seguimiento y a un eventual contorneamiento del aislante.

• Los bancos de punta de poste están expuestas a la flora y fauna que pueden causar fallas en la conexión a tierra y en la fase.

• Los componentes eléctricos de los bancos de punta de poste están expuestas al medio ambiente y son venerables a la luz solar, clima, y los asentamientos aéreos.

• Los bancos de punta de poste son venerables a una fase simple debido a la expansión del uso de disruptores para la protección. Pole-Top Capacitor Bank

Conclusión

Este documento ha presentado las ventajas y desventajas de los diferentes tipos de bancos de condensadores en media tensión disponibles en el mercado. Cada tipo de banco tiene sus ventajas y desventajas, y es importante que cada aplicación de banco de condensadores sea evaluada de acuerdo a estas ventajas y desventajas.

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