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Disparo de bancos de condensadores: causas y diagnóstico

Por qué dispara un banco de condensadores: desbalance por elementos fallados, desbalance natural, resonancia armónica, sobretensión, inrush o subtensión.

Por Shadai García, ingeniero electricista, fundador y CEO de Tiza Group. Revisado por el equipo de ingeniería de Tiza Group · .

BarraCTreactorCT de neutro60 · 50/51una rama: grupos en serie de elementos en paraleloun elemento falla: el resto del grupo toma más tensióntI neutroalarmadisparoDISPAROIEC 61850ZCAPPTOCPTRCXCBR© tizagrp.comBarraCTreactorCT de neutro60 · 50/51una rama: grupos en serie de elementos en paraleloun elemento falla: el resto del grupo toma más tensióntI neutroalarmadisparoDISPAROIEC 61850ZCAPPTOCPTRCXCBR© tizagrp.com
Banco de condensadores: doble estrella aislada y protección de desbalance. 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

La protección clave de un banco de condensadores es la de desbalance, que detecta elementos o unidades falladas antes de que las sanas queden sobretensionadas. Si el banco dispara por desbalance, lo primero es suponer que hay daño interno real. Si no lo hay, las causas típicas son un desbalance natural mal compensado, un problema del CT o del PT de neutro o el desbalance de la red. Los disparos por sobrecorriente o sobretensión suelen deberse a resonancia armónica, energización o tensión de la red alta.

Síntoma

Un banco de condensadores de una subestación o de una planta industrial sale de servicio por disparo de su protección. Puede ser por desbalance, por sobrecorriente, por sobretensión o por subtensión. A veces el banco vuelve a entrar sin problema y dispara otra vez días después; otras, el disparo coincide con la energización, con una hora de baja demanda o con la entrada de cargas con variadores.

Un banco está formado por muchas unidades en serie y paralelo, y cada unidad por muchos elementos. Cuando un elemento falla, su fusible interno opera, una unidad pierde su fusible externo o, en bancos sin fusibles, el elemento queda en cortocircuito. En todos los casos cambia la capacitancia de una rama, la tensión se redistribuye y las unidades sanas quedan sometidas a más tensión. La protección de desbalance compara corrientes o tensiones que, con el banco sano, son casi iguales, y dispara antes de que la sobretensión sobre las unidades sanas supere los límites admisibles, según IEEE C37.99 e IEC 60871-1.

Causas posibles, de la más a la menos probable

CausaPor qué ocurreQué la delata
Elementos o unidades falladasEnvejecimiento, sobretensiones, armónicos, temperaturaDisparo por desbalance; alarma previa de desbalance en aumento
Desbalance natural mal compensadoTolerancias de fabricación; compensación no actualizada tras cambiar unidadesDesbalance presente desde la energización con el banco sano
CT o PT de neutro defectuosoRelación equivocada, conexión floja, saturaciónMedida de desbalance incoherente con las corrientes de fase
Desbalance de la redEn bancos con neutro a tierra medido por corriente, el desbalance de tensión y los armónicos de secuencia cero de la red aparecen en el neutroDesbalance que sigue la carga de la red, no al banco
Resonancia armónicaLa capacitancia del banco y la inductancia de la red resuenan cerca de un armónico presenteCorriente del banco con contenido armónico alto, sobrecarga o sobretensión pico
Corriente de energizaciónBanco descargado o energización con otro banco ya conectado (back-to-back)Disparo de la sobrecorriente instantánea al cerrar
Sobretensión de la redBaja demanda, tomas del transformador, el propio banco elevando la tensiónDisparo por 59 en horas de baja carga
SubtensiónHueco de tensión o pérdida de alimentación; la 27 desconecta el banco a propósitoDisparo por 27 coincidente con un evento de la red
Reencendido en la aperturaInterruptor que reenciende al abrir y genera sobretensionesSobretensiones en la oscilografía de la apertura

Qué revisar primero

  1. Qué función disparó: desbalance, sobrecorriente, sobretensión o subtensión. Cada una apunta a un grupo de causas distinto.
  2. Historial de la medida de desbalance: si venía subiendo por escalones (elementos que fallan uno a uno) o apareció de golpe.
  3. Inspección del banco desenergizado y descargado: fusibles externos operados, unidades abombadas o con fugas, señales de calentamiento.
  4. Contenido armónico de la tensión y la corriente del banco en la oscilografía o con un analizador. Vea estudio de armónicos IEEE 519.
  5. Momento del disparo: energización, horas de baja carga, entrada de otras cargas o maniobras en la red.
Primer descarte de un disparo de banco de condensadores
  • ¿Qué función disparó?
    • Desbalance¿El desbalance venía aumentando o hay fusibles operados?
      • SíElementos o unidades falladas: no reenergice sin revisar el banco
      • NoDesbalance natural mal compensado, CT o PT de neutro, o desbalance de la red
    • Sobrecorriente¿Ocurrió al energizar?
      • SíCorriente de energización o maniobra back-to-back
      • NoResonancia armónica: mida el contenido armónico
    • Sobretensión o subtensiónTensión de la red fuera de rango o evento de la red

Cómo se confirma

  • Medición de capacitancia de cada unidad o de cada rama, comparada con la placa y con las tolerancias del fabricante. Ubica las unidades con elementos fallados.
  • Medición del desbalance natural con el banco sano y recalibración de la compensación del relé, según el fabricante.
  • Medición de armónicos con el banco conectado y desconectado, y cálculo de la frecuencia de resonancia con la potencia de cortocircuito de la barra. Vea filtro de armónicos activo frente a pasivo.
  • Pruebas a los CT y PT de neutro y a la protección con inyección secundaria. Vea inyección secundaria.
  • Análisis de la energización: pico y frecuencia de la corriente de inrush frente al ajuste del instantáneo.

Cómo evitar que se repita

  • Alarma de desbalance antes del disparo, para programar el reemplazo de unidades.
  • Recompensación del desbalance natural cada vez que se cambia una unidad.
  • Estudio de armónicos antes de instalar o ampliar el banco; si hay riesgo de resonancia, banco desintonizado o filtro. Vea cómo dimensionar un banco de condensadores.
  • Reactores de limitación o maniobra sincronizada donde la energización back-to-back es frecuente.
  • Control del banco por tensión o por reactiva que lo saque en baja demanda.

Qué no hacer

  • No reenergizar un banco que disparó por desbalance sin inspeccionarlo: la sobretensión sobre las unidades sanas acelera nuevas fallas y puede terminar en una falla mayor.
  • No subir el ajuste de desbalance para que deje de disparar.
  • No tocar un banco desenergizado sin descargar, cortocircuitar y aterrizar cada unidad.
  • No agregar capacitancia a una barra con armónicos sin estudiar la resonancia.

Cuándo llamarnos

Si su banco de condensadores dispara y no está claro por qué, envíenos los eventos y la oscilografía: le cotizamos el análisis del disparo. Hacemos las pruebas del banco y de su protección en sitio con pruebas de protecciones, el estudio de calidad de potencia para evaluar la resonancia, y nuestro equipo ajusta el relé de desbalance con la configuración remota de relés. Escríbanos.

Guías relacionadas

Referencias

  • IEEE C37.99, Guide for the Protection of Shunt Capacitor Banks.
  • IEC 60871-1, condensadores en derivación para sistemas de corriente alterna de tensión asignada superior a 1 000 V.
  • IEEE 18, condensadores de potencia en derivación.
  • IEEE 519, prácticas recomendadas para el control de armónicos en sistemas eléctricos.

Preguntas frecuentes

¿Por qué un banco de condensadores dispara por desbalance sin falla visible?

Porque la protección de desbalance detecta fallas internas de elementos o fusibles internos que no se ven desde afuera. También puede operar por un desbalance natural mal compensado, un CT o PT de neutro defectuoso o un ajuste que no corresponde a la configuración real del banco.

¿Por qué el banco dispara por sobrecorriente sin falla?

Las causas más comunes son la corriente de energización, sobre todo cuando se energiza un banco con otro ya conectado en la misma barra, y las corrientes armónicas. Si la capacitancia del banco y la inductancia de la red forman una resonancia cerca de un armónico presente, la corriente y la tensión del banco aumentan mucho.

¿Se puede volver a energizar un banco justo después del disparo?

No hasta que la tensión residual haya bajado al valor que admiten la norma y el fabricante. Los dispositivos de descarga fijan ese tiempo, y muchos controles bloquean el cierre mientras tanto. Además, si el disparo fue por desbalance, el banco debe revisarse antes de reenergizarlo.

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