Un banco unfused tiene sus unidades en una conexión serie-paralelo sin fusible interno ni externo. Cuando un elemento se pone en corto, la tensión sobre los elementos restantes sube más que en un banco fuseless, y puede provocar una falla en cascada ante sobretensiones del sistema. Por eso IEEE C37.99-2000 pide proteger de modo que las unidades sanas no pasen de 110 % de su tensión asignada o del nivel que recomiende el fabricante.
Respuesta corta
Un banco unfused (sin fusibles) usa una conexión serie-paralelo de las unidades, igual que un banco con fusibles externos, pero sin fusibles internos ni externos. Cuando un elemento se pone en corto, la tensión sobre los elementos restantes de esa unidad sube más que en un banco fuseless. IEEE C37.99-2000 (cl. 4.2.4, 4.3.4, 4.4.4 y 8.6.1) pide por eso una protección de desbalance que no exponga a las unidades sanas a más de 110 % de su tensión asignada, ni al nivel que recomiende el fabricante.
Qué es y cuándo se usa
La guía define un banco unfused como cualquier banco sin fusibles, internos o externos (cl. 3.24), y la unidad unfused como una unidad sin fusibles internos (cl. 3.25). Se distingue del banco fuseless por la forma de conectar las unidades:
| Fuseless | Unfused | |
|---|---|---|
| Disposición | Cadenas de unidades en serie, de fase a neutro | Grupos de unidades en paralelo, conectados en serie |
| Tensión de uso | Alta: 34,5 kV o más | Normalmente por debajo de 34,5 kV, o en tensiones mayores con poca energía en paralelo |
| Tensión en los elementos restantes | Sube poco | Sube más |
La guía explica el uso: el diseño unfused se aplica normalmente por debajo de 34,5 kV, donde las cadenas en serie no son prácticas, o en bancos de tensión mayor con energía en paralelo modesta. No requiere tantas unidades en paralelo como un banco con fusibles externos (cl. 4.2.4).
Estos bancos son normalmente de tamaño modesto. Por eso no se necesitan fusibles ni subdividir el banco en varias cadenas para limitar la energía hacia una falla interna (cl. 8.6.1).
Su vecino sin fusibles, con cadenas en serie de elementos, es el banco fuseless.
Qué pasa con la tensión
Como no hay fusible, un elemento que falla queda en cortocircuito y su tensión se reparte entre los grupos de elementos que quedan en serie dentro de la unidad. La guía explica que esa sobretensión debe tenerse en cuenta en la protección, además de la protección contra el arco externo y de la regla de 110 % para unidades sanas.
Ejemplo propio. Una unidad con 4 grupos de elementos en serie (la guía usa como ejemplo una de 7960 V, que estima con unos 4 elementos en serie) queda, tras cortocircuitarse un grupo, con 3 grupos que reparten la tensión de la unidad. Cada uno pasa de 1/4 a 1/3 de esa tensión, es decir, 4/3 ≈ 133 % de lo que tenía. Es un valor máximo, porque en el banco real la tensión sobre el grupo de unidades en paralelo baja algo al aumentar su capacitancia. Aun así, supera con holgura el 110 %. En un banco fuseless de 48 elementos en serie, la misma falla sube la tensión 2,1 %.
El límite de 110 % sobre las unidades sanas está en límites de un capacitor: 110 % de tensión y 135 % de potencia.
Por qué el riesgo es una falla en cascada
Con los elementos restantes ya tensionados, una sobretensión del sistema puede iniciar una falla en cascada violenta (cl. 8.6.1). La cláusula 4.3.4 lo traduce en el criterio de disparo: el banco debe salir cuando
- la tensión sobre las unidades sanas pasa de 110 % de la asignada, o
- la sobretensión sobre los elementos restantes de una unidad fallada es tan alta que una falla en cascada ante una sobretensión transitoria del sistema es probable.
En bancos pequeños, la guía admite que el disparo se base en la falla de un solo elemento, porque la probabilidad de una falla es baja cuando hay pocos elementos.
Qué mide el desbalance en un banco unfused
La señal de desbalance indica el número de grupos de elementos fallados dentro de una unidad. Para saber cuántos elementos fallaron en todo el banco, hace falta medir todos los grupos en serie. La guía recomienda hacerlo solo cuando hay alarma o disparo, y deja a criterio del mantenimiento si forma parte del programa regular.
Para calcular la sobretensión en los grupos restantes se necesita saber cuántos grupos de elementos tiene cada unidad. El fabricante suele darlo en la placa o en la hoja de datos. Si no, la guía permite estimarlo dividiendo la tensión de la unidad entre 2400 V y redondeando hacia arriba. Para una unidad de 7960 V, 7960 ÷ 2400 = 3,31, que da 4. Si la unidad tuviera 5, la diferencia en las señales sería pequeña y el ajuste hecho con 4 seguiría protegiendo.
La cuenta de elementos restantes se muestra en cálculo del desbalance fuseless y unfused.
Límites de la protección de desbalance
La protección de desbalance no actúa con la rapidez suficiente para evitar una falla grave causada por las altas corrientes de cortocircuito del sistema dentro de una unidad (cl. 8.1). En un banco en estrella a tierra con un solo grupo en serie por fase, o con las cajas a tierra, una falla dentro de una unidad puede dar corriente de cortocircuito del sistema. Para esos casos la guía señala que puede ser conveniente un fusible externo.
Tampoco detecta una conexión defectuosa. Esa falla puede crecer hasta producir una presión interna y una ruptura de la unidad antes de que el desbalance opere (cl. 7.1.4).
Otras fallas que este esquema no ve se agrupan en indicaciones ambiguas y fallas que el desbalance no ve.
Qué hacemos nosotros
Decidir si un banco puede ser unfused depende de la tensión del sistema, del tamaño del banco y de los márgenes de cada unidad. En Tiza Group lo definimos dentro del diseño de ingeniería y estudios del banco: comparamos los tipos de banco con sus datos y le cotizamos el estudio según el alcance.
Para el panorama de protección, vea protección de banco de capacitores y la protección de desbalance de bancos de condensadores.
Guías relacionadas
- IEEE C37.99: guía de protección de bancos de capacitores
- Banco de capacitores fuseless: series y desbalance
- Cálculo del desbalance en bancos fuseless y unfused
- Disparo de bancos de condensadores
- Banco de condensadores: equipo, partes y configuraciones
Referencias
- IEEE Std C37.99-2000, IEEE Guide for the Protection of Shunt Capacitor Banks: cl. 3.24, 3.25, 4.2.4, 4.3.4, 4.4.4, 5.1.1, 7.1.4, 8.1 y 8.6.1.
Preguntas frecuentes
¿Cuál es la diferencia entre un banco fuseless y uno unfused?
Ambos carecen de fusibles. El fuseless conecta las unidades en cadenas en serie de fase a neutro, con más de 10 elementos en serie, y se usa desde unos 34,5 kV. El unfused usa la disposición convencional de grupos de unidades en paralelo conectados en serie, y se usa normalmente por debajo de 34,5 kV.
¿Por qué un banco unfused puede disparar con un solo elemento fallado?
Porque en bancos pequeños hay pocos elementos en serie, y la falla de uno sube mucho la tensión de los restantes. En los bancos más pequeños la guía indica que el disparo puede basarse en la falla de un solo elemento.
¿Cómo se sabe cuántos elementos fallaron?
El desbalance indica el número de grupos de elementos fallados dentro de una unidad. El número real en todo el banco solo se conoce midiendo todos los grupos en serie, y se recomienda hacerlo cuando hay una alarma o un disparo.