Control automático de bancos de condensadores en MT y AT

Respuesta corta

El control automático de un banco de condensadores de media o alta tensión decide cuándo conectar y desconectar cada paso según la tensión, los reactivos, el factor de potencia o la hora, con bandas e histéresis que evitan maniobras repetidas. Impide reconectar un banco que aún no se ha descargado y se coordina con el cambiador de tomas del transformador para que los dos no se contrarresten.

Qué hace el control de un banco de condensadores

Un banco de condensadores de media o alta tensión entrega potencia reactiva para sostener la tensión, reducir pérdidas o evitar el cobro de energía reactiva. Si queda conectado siempre, en horas de poca carga sobrecompensa y eleva la tensión. El control automático decide cuándo conectarlo y desconectarlo, o qué pasos conectar si está dividido en escalones.

Esta guía trata los bancos de media y alta tensión maniobrados con interruptores o contactores de potencia. Los controladores de baja tensión para corrección del factor de potencia en tableros, que manejan contactores, están en controlador de banco de condensadores.

Criterios de mando

Tensión: conecta el banco cuando la tensión cae por debajo de una banda y lo desconecta cuando sube por encima. Es el criterio clásico de las subestaciones de distribución.
Reactivos (var): conecta cuando la demanda de reactiva inductiva supera el tamaño de un paso y desconecta cuando el flujo se invierte. Necesita medir corriente y tensión.
Factor de potencia: parecido al anterior, pero referido a la relación entre activa y reactiva. A cargas bajas es poco estable y suele combinarse con un mínimo de corriente.
Horario o calendario: conecta y desconecta a horas fijas. Sirve cuando la curva de carga es muy repetitiva o como respaldo si falla la medición.
Temperatura o corriente: criterios auxiliares en algunos sistemas de distribución.

Cada criterio se usa con una banda muerta mayor que el efecto de un paso, para que la conexión de un paso no lleve la medida al otro lado de la banda y provoque su desconexión. Las temporizaciones evitan maniobrar por variaciones breves. Las dos cosas juntas impiden la oscilación, que en un banco significa maniobras innecesarias y desgaste del interruptor.

El bloqueo de cierre por descarga

Un banco recién desconectado queda cargado. Si se reconecta cuando su tensión residual tiene polaridad opuesta a la de la red, la diferencia puede llegar a casi el doble del pico, con corrientes y sobretensiones transitorias que dañan unidades e interruptores. Las normas de producto, IEC 60871-1 para unidades de más de 1 kV e IEEE 18, fijan la tensión residual máxima y el tiempo en que los dispositivos internos de descarga deben alcanzarla.

El control impone un bloqueo de cierre tras cada apertura, al menos igual a ese tiempo y con el margen que indique el fabricante. Algunos esquemas añaden transformadores de tensión o reactores de descarga que permiten reconectar antes. El bloqueo también actúa tras una pérdida de tensión en la barra: si la barra cae, el banco se abre por subtensión y espera su descarga antes de volver.

Cuándo puede cerrar un paso del banco

¿La medida está fuera de la banda durante el tiempo ajustado?
- Sí¿Pasó el tiempo de descarga desde la última apertura de ese paso?
  - Sí¿Hay algún bloqueo activo: desbalance, sobretensión, mando local o interruptor no disponible?
    - SíNo cierra y señaliza el bloqueo
    - NoCierra el paso con menos operaciones acumuladas
  - NoEspera la descarga
- NoNo actúa

Coordinación con el cambiador de tomas

El cambiador de tomas bajo carga y el banco actúan sobre la misma tensión. Si los dos tienen el mismo criterio y tiempos parecidos, pueden contrarrestarse: el banco conecta, la tensión sube, el cambiador baja una toma, la tensión cae y el banco vuelve a conectar o desconectar. Las soluciones habituales son:

Criterios separados: el cambiador regula tensión y el banco controla reactivos.
Temporizaciones escalonadas: uno actúa claramente más rápido que el otro.
Control coordinado de estación: una sola lógica, en el controlador de estación o en un PLC, decide sobre ambos con una prioridad definida.

En IEC 61850, el control automático del cambiador se modela con ATCC y el de reactivos con ARCO, y la coordinación se resuelve en la lógica del controlador.

Pasos, rotación y maniobra

Rotación de pasos: en bancos con varios escalones iguales, el control reparte las maniobras para que el desgaste sea parejo.
Energización back-to-back: cuando se conecta un paso con otros ya energizados en la misma barra, la corriente de energización es mayor y de alta frecuencia. Los reactores limitadores y la maniobra sincronizada la reducen; la elección corresponde al diseño.
Maniobra sincronizada: el cierre de cada polo cerca del cero de tensión elimina casi todo el transitorio. Se trata en la guía de maniobra controlada (point-on-wave).

Bloqueos de protección

El control debe recibir y respetar las señales de la protección del banco: el disparo por desbalance, que indica unidades o fusibles dañados, bloquea el cierre hasta una revisión; la sobretensión y la sobrecarga por armónicos desconectan pasos; y el mando local en el tablero inhibe el automatismo. Las causas típicas de esos disparos están en disparo de bancos de condensadores, y el riesgo de amplificación armónica en resonancia en bancos de condensadores.

Qué falla en la práctica

Maniobras repetidas por una banda muerta menor que el efecto de un paso.
Pelea con el cambiador de tomas por criterios y tiempos parecidos.
Cierres sobre banco cargado porque el bloqueo de descarga no se aplicó tras una apertura por protección o por pérdida de tensión.
Criterio de reactivos invertido por la polaridad de un CT o por medir en el punto equivocado.
Banco desconectado de forma permanente por un bloqueo de desbalance que nadie repuso.

Puede estimar el tamaño del banco, sus pasos y la resonancia con el transformador con nuestra herramienta gratuita de banco de condensadores.

Cómo se prueba

En términos generales se verifica cada criterio con inyección secundaria: bandas, temporizaciones, bloqueo por descarga, rotación de pasos, bloqueos de protección y modo local. En la puesta en servicio se registran las primeras maniobras reales para confirmar que el efecto de cada paso queda dentro de la banda y que no hay oscilación con el cambiador de tomas.

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En Tiza Group hacemos el estudio de calidad de potencia que define los pasos y los criterios del banco, y la configuración de control, protecciones y comunicaciones de su lógica y su coordinación con el cambiador de tomas, en subestaciones e industria.

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Referencias

IEC 60871-1, Shunt capacitors for a.c. power systems having a rated voltage above 1 000 V – Part 1: General.
IEEE Std 18, Standard for Shunt Power Capacitors.
IEEE Std 1036, Guide for the Application of Shunt Power Capacitors.
IEC 61850-7-4, Compatible logical node classes and data object classes (ARCO, ATCC, ZCAP, CPOW).

Preguntas frecuentes

¿Por qué el control no deja reconectar el banco inmediatamente después de abrirlo?

Porque al abrir, el banco queda cargado con una tensión cercana al pico. Si se reconecta en contrafase con la red, la corriente y la sobretensión transitoria pueden ser muy altas. Las normas de producto fijan el tiempo máximo en que los dispositivos de descarga deben bajar la tensión residual, y el control bloquea el cierre al menos durante ese tiempo.

¿Qué criterio conviene más: tensión, reactivos o factor de potencia?

Depende de para qué está el banco. En subestaciones de distribución que regulan tensión se usa la tensión, a menudo con supervisión de reactivos. En plantas que buscan evitar el cobro de reactiva se usan los reactivos o el factor de potencia en el punto de medida. El horario sirve como respaldo cuando la carga es muy repetitiva. Muchos controles combinan dos criterios.

¿Cómo se evita que el banco y el cambiador de tomas se peleen?

Con temporizaciones distintas y con criterios separados: por ejemplo, el cambiador regula la tensión y el banco los reactivos, o el banco actúa más lento que el cambiador. En subestaciones con control de estación, una sola lógica coordinada decide sobre ambos.