Tiza Group

Inicio / Guías / Conexión a la red, normas y estudios / Estudios eléctricos

Cómo dimensionar un banco de condensadores en planta

Qué define el tamaño de un banco de condensadores o capacitores en una planta: datos de carga, pasos, ubicación, armónicos, resonancia y cobro de reactiva.

Por Shadai García, ingeniero electricista, fundador y CEO de Tiza Group.

MT/BT52 BTbarra BTreguladorde reactivaMcargasbancoQ de la planta y pasos del banco en un díade día entran los pasos y el FP subeen el valle los pasos salenQ0 h12 h24 hFP 0,89FP 0,96FP 0,94FP 0,98FP 0,97FP 0,99FP 0,98FP 1,00FP 0,99FP 1,00FP 0,98FP 0,99FP 0,97FP 0,98FP 0,94FP 0,96FP 0,89sin sobrecompensaciónQ de la plantaQ del banco (4 pasos)valores ilustrativosEstudioFacturasPerfil P-QPasosArmónicosEspecificación© tizagrp.comMT/BT52 BTbarra BTreguladorde reactivaMcargasbancoQ de la planta y pasos del banco en un díade día entran los pasos y el FP subeen el valle los pasos salenQ0 h12 h24 hFP 0,89FP 0,96FP 0,94FP 0,98FP 0,97FP 0,99FP 0,98FP 1,00FP 0,99FP 1,00FP 0,98FP 0,99FP 0,97FP 0,98FP 0,94FP 0,96FP 0,89sin sobrecompensaciónQ de la plantaQ del banco (4 pasos)valores ilustrativosEstudioFacturasPerfil P-QPasosArmónicosEspecificación© tizagrp.com
Cómo dimensionar un banco de condensadores: pasos que siguen la carga. Ubicación en el sistema, principio de funcionamiento e IEC 61850. Ilustrativo: los valores reales salen de la placa y del manual del fabricante.
Respuesta corta

Un banco de condensadores se dimensiona a partir de la potencia activa y del factor de potencia que la planta tiene y del que necesita alcanzar, pero el número de kvar es solo el comienzo. Hay que conocer cómo varía la carga para definir los pasos y el regulador, decidir dónde conectarlo, revisar los armónicos y la resonancia con la red y evitar la sobrecompensación. Un banco mal dimensionado sigue pagando reactiva o se quema en meses.

Para qué sirve dimensionar bien el banco

Los motores, los transformadores y muchas cargas industriales necesitan energía reactiva para crear sus campos magnéticos. Si esa reactiva sale de la red, el operador la mide y, cuando supera los límites de la regulación, la cobra. Un banco de condensadores (o banco de capacitores, como se dice en México) produce esa reactiva dentro de la planta, sube el factor de potencia y descarga transformadores y cables.

El problema no es comprar condensadores, sino comprar los correctos. Un banco pequeño no elimina el cobro; uno grande sobrecompensa en las horas de baja carga y eleva la tensión; uno sin reactor, en una planta con variadores, puede entrar en resonancia y quemar condensadores y fusibles. Esta guía explica qué decide el tamaño y la configuración del banco. Si busca el equipo y sus pruebas, vea banco de condensadores en MT y AT.

El punto de partida: la reactiva que falta

La idea básica es sencilla. Si la planta consume una potencia activa P con un ángulo φ₁ y quiere llegar a un ángulo φ₂ (un factor de potencia mayor), el banco debe aportar:

Q = P · (tan φ₁ − tan φ₂)

Esa fórmula aparece en todos los catálogos, y ahí empieza el error. P no es un número: cambia hora a hora. El factor de potencia de la factura es un promedio que esconde los picos y los valles. Y el objetivo no es «llegar a 1», sino quedar dentro de los límites que fija la regulación sin sobrecompensar en ningún momento del día.

Qué datos se necesitan

DatoPara qué sirve
Facturas de los últimos meses con activa y reactivaMuestran el cobro real y su evolución
Medición con analizador durante varios díasPerfil de P y Q por hora, por turno y en fines de semana
Espectro armónico de tensión y corrienteDice si el banco necesita reactor y de qué tipo
Unifilar, potencia e impedancia del transformadorDefinen la red con la que el banco puede resonar
Cargas grandes: motores, variadores, hornos, soldadoresUbicación de la reactiva y de los armónicos
Condensadores existentesUn banco viejo o fuera de servicio cambia todo el análisis
Planes de crecimientoEvitan comprar dos veces

La medición se hace con un analizador de calidad de potencia o con los registros de un medidor multifunción si están disponibles y son confiables.

Decisiones que definen el banco

Fijo o automático. La reactiva que casi no cambia (la de vacío del transformador o la de un motor grande que trabaja a carga constante) se compensa con un banco fijo o con condensadores junto al motor. La que varía a lo largo del día necesita un banco automático: varios pasos con contactores para condensadores y un regulador de reactiva que conecta y desconecta pasos según la medición. El número y el tamaño de los pasos salen del perfil de carga.

Dónde conectarlo. Hay tres esquemas:

  • Compensación individual, en bornes de motores grandes. Descarga también los cables, pero el condensador queda atado al motor y hay que revisar la autoexcitación al desconectarlo.
  • Por grupo, en cada tablero o centro de control de motores.
  • Central, en la barra principal de baja tensión o en media tensión. Es la más simple de operar, pero no descarga los circuitos internos.

Baja o media tensión. La mayoría de las plantas compensa en baja tensión, cerca de las cargas. Cuando la reactiva es grande o las cargas están en media tensión, un banco de MT puede ser más conveniente, con protecciones y maniobra propias de ese nivel.

Armónicos y resonancia. El banco y la inductancia de la red forman un circuito resonante. Una estimación clásica de la frecuencia de resonancia, en múltiplos de la fundamental, es la raíz cuadrada del cociente entre la potencia de cortocircuito en la barra y la potencia del banco. Si ese orden cae cerca del 5.º o del 7.º armónico de los variadores, el banco amplifica la distorsión. Por eso, en plantas con cargas no lineales se usa un banco desintonizado, con un reactor en serie que desplaza la resonancia por debajo de los armónicos presentes, o un filtro. Vea filtro de armónicos activo o pasivo y el estudio de armónicos según IEEE 519-2022.

Tensión nominal de los condensadores. Con reactor en serie, la tensión en bornes del condensador es mayor que la de la red, y los armónicos la suben aún más. Los condensadores deben elegirse para esa tensión, no para la de la barra.

Sobrecompensación: el error del otro lado

Cuando la carga baja (noches, fines de semana, paradas) y los condensadores siguen conectados, la planta entrega reactiva capacitiva a la red. Eso eleva la tensión, puede afectar equipos sensibles y, según la regulación aplicable, también puede tener cobro. Un regulador bien ajustado, pasos del tamaño adecuado y un banco fijo que no exceda la reactiva mínima de la planta evitan el problema.

La regulación cambia según el país

En Colombia, el cobro por transporte de energía reactiva está en el artículo 16 del anexo general de la Resolución CREG 015 de 2018, modificado por la Resolución CREG 195 de 2020: se cobra la reactiva que excede los límites regulados, con un factor que puede aumentar si el exceso persiste. En México y en España las reglas son otras y las fija la tarifa o la regulación de cada país. Antes de dimensionar, confirme el límite y la forma de medición que le aplican, porque definen el objetivo del banco.

Qué piden las normas al equipo

  • IEC 60831-1 cubre los condensadores de potencia autorregenerables para baja tensión, hasta 1000 V.
  • IEC 60871-1 cubre los condensadores en derivación para tensiones mayores de 1000 V.
  • IEEE 18 define los condensadores de potencia en derivación e IEEE 1036 da la guía de aplicación.

Las normas fijan cómo se especifica y ensaya el condensador, no cuántos kvar necesita su planta. Eso lo define el estudio.

Errores frecuentes

  • Dimensionar con la factura de un solo mes.
  • Comprar un banco sin reactor en una planta con variadores.
  • Pasos demasiado grandes que oscilan entre faltar y sobrar.
  • Olvidar los condensadores que ya existen en la misma barra.
  • No volver a medir después de instalar.

Hacemos su estudio

Nuestro equipo mide la carga y los armónicos de su planta en Colombia, calcula la compensación por escenario, revisa la resonancia con la red del operador y le entrega la especificación del banco: potencia, pasos, ubicación, tipo de reactor y tensión de los condensadores. El estudio lo hacemos de forma remota con sus mediciones y facturas. Conozca nuestro servicio de calidad de potencia dentro de diseño de ingeniería y estudios, y si ya tiene un banco que se dispara o se quema, escríbanos por contacto.

Guías relacionadas

Referencias

  • Resolución CREG 015 de 2018, anexo general, artículo 16, modificado por la Resolución CREG 195 de 2020.
  • IEC 60831-1, Shunt power capacitors of the self-healing type for a.c. systems having a rated voltage up to and including 1000 V.
  • IEC 60871-1, Shunt capacitors for a.c. power systems having a rated voltage above 1000 V.
  • IEEE 18, IEEE Standard for Shunt Power Capacitors.
  • IEEE 1036, IEEE Guide for the Application of Shunt Power Capacitors.
  • IEEE 519-2022, IEEE Standard for Harmonic Control in Electric Power Systems.

Preguntas frecuentes

¿Cómo se calcula un banco de capacitores para corregir el factor de potencia?

La reactiva que debe aportar el banco es la potencia activa multiplicada por la diferencia entre la tangente del ángulo actual y la del ángulo objetivo. Ese valor es un punto de partida: el tamaño final depende del perfil de carga a lo largo del día, de los armónicos, de la resonancia con la red y de dónde se conecte el banco.

¿Banco de condensadores fijo o automático?

El fijo sirve para compensar una reactiva que casi no cambia, como la de vacío de un transformador o la de un motor grande que trabaja a carga constante. Cuando la carga varía durante el turno, se usa un banco automático con pasos y un regulador de reactiva, para no quedar corto en carga alta ni sobrecompensado en carga baja.

¿Cuándo necesita un banco de condensadores reactor de desintonía?

Cuando en la planta hay cargas no lineales, como variadores o rectificadores, y el estudio muestra que el banco formaría una resonancia cerca de un armónico presente. El reactor en serie desplaza esa resonancia por debajo del armónico más bajo significativo y protege los condensadores.

WhatsApp