CAPÍTULO 11 CAPACITORES

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1 CAPÍTULO CAPACTORES..- GENERALDADES Para determinar la capacidad de un banco de capacitores se realizan estudios de flujos de potencia (en demanda mínima, media y máxima) y/o se analiza la carga (Curvas de demanda diaria, perfiles de potencia real, reactiva, FP Y Voltaje) de tal manera que dicho banco de capacitores no esté entrando y saliendo de operación, que en demanda mínima y con el banco de capacitores insertado el voltaje no se incremente arriba del 5% del voltaje nominal, si por el tipo de perfil de carga y/o por las condiciones del sistema, el banco de capacitores debe por ejemplo, insertarse en la mañana y salir de operación en la noche, la variación de voltaje no debe exceder el 3%. MVAR % Δ V MVA Donde: C CC x 00 MVARc es la potencia reactiva total del banco de capacitores. MVAcc es la potencia de corto circuito. Ejemplo : Calcular el incremento de voltaje en % al insertarse un banco de capacitores de 5 MVAR, en el bus de 5 KV que tiene una capacidad de corto circuito trifásico de 000 MVACC 5 % Δ V x %..- CONEXÓN DE BANCO DE CAPACTORES. Los bancos de capacitores pueden ser conectados en delta, estrella sólidamente aterrizada o flotante, doble estrella sólidamente aterrizada o flotante. La conexión delta se encuentra en sistemas de baja tensión y se determina generalmente por razones económicas.. Las conexiones estrella y doble estrella sólidamente aterrizada se aplica sólo en sistemas eléctricos de potencia multi-aterrizados y en todos los niveles de tensión, en éste caso las armónicas triples existentes (de secuencia cero) fluyen por los circuitos de neutro o de retorno a tierra y pueden causar problemas de interferencia telefónica o en los circuitos de control, la ventaja es que se presentan sobretensiones transitorias menores que en la conexión flotante. La conexión estrella y doble estrella flotante se aplica en Revisiones:

2 cualquier sistema (multi-aterrizado o flotante). Ya establecida la conexión del banco de capacitores, se especifica para un.05 PU del voltaje nominal (Los sistemas eléctricos de potencia son dinámicos y el voltaje podría variar un ± 5% del nominal) más la suma aritmética de los voltajes armónicos. Construídas las unidades capacitoras en base a la Norma EEE- Std Voltaje para especificación Vop.05 V + Vh V Voltaje nominal a 60 Hz. Vh Voltaje armónico (ª, 3ª, 4ª, 5ª, 7ª, Etc.) Para obtener la potencia deseada se deberá incrementar la potencia nominal un 0%, ya que a voltaje nominal sólo suministrará dicho banco de capacitores el 90% de su potencia nominal (por la relación al cuadrado del voltaje nominal entre el voltaje especificado). Para el caso donde se desconozcan los voltajes armónicos, se especificará el banco de capacitores para.05 PU del voltaje nominal, formado por unidades capacitoras construídas en base a la Norma EEE- Std 8-99 y también para obtener la potencia deseada se deberá incrementar la potencia nominal un 0%, ya que a voltaje nominal sólo suministrará dicho banco de capacitores el 90% de su potencia nominal (por la relación al cuadrado del voltaje nominal entre el voltaje especificado)..3.- DMENSONAMENTO DEL BANCO DE CAPACTORES No. de Grupos Serie por Fase (.05 (Voltaje Nominal del Sistema) 3)(Voltaje No min al de Unidades Capacitoras) Capacidad del Banco Trifásico (3)(No. de Grupos Serie por Fase) No. Capacidad de las Unidades Capacitoras Seleccionadas ( de Unidades Capacitoras de cada Grupo Serie) Ejemplo : Calcular número de grupos serie por fase y número de unidades capacitoras para cada grupo serie de un banco de capacitores de 5 MVAR, instalado en 5 KV (se seleccionan unidades capacitoras de 3.8 KV y 00 KVAR) Revisiones:

3 (.05) (5 KV) No. de Grupos Serie por Fase (3.8 KV) 5000 KVAR No. de Unidades Capacitoras de cada Grupo Serie 3(5) 00 KVAR 0 Se elige la capacidad de unidades capacitaras de tal manera que cuando opera un fusible de una unidad capacitora de un grupo serie, el voltaje de las unidades restantes (VC) VC sea menor a. el voltaje nominal de las mismas. Vn El Voltaje en Unidades Capacitoras restantes del grupo serie fallado: V C 3(V LG 3S(P F ) + F )(P) EL VOLTAJE DE GRUPOS SERE SANOS DE LA MSMA FASE DONDE FALLO ALGUNA UNDAD CAPACTORA DE UN GRUPO SERE: V C 3VLG (P F ) 3S(P F ) + F El Voltaje de neutro a tierra fisica: En donde: V NG VLG * F 3S(P F ) + F VLG Voltaje de línea a tierra. S Número de grupos serie. P Número de unidades capacitores del grupo serie. F Número de unidades falladas. Ya teniendo la localización y capacidad del banco de capacitores, es necesario tener la corriente o potencia de corto-circuito trifásico y monofásico, la relación X/R y calcular la frecuencia de resonancia paralelo entre el sistema y dicho banco de capacitores. MVACC f MVAR C X X C S Ejemplo: Calcular la frecuencia de resonancia paralelo del banco de capacitores con el Revisiones:

4 sistema, considerando que el banco es de 5 MVAR, en 5 KV y el nivel de corto circuito trifásico es de 000 MVACC. 000 f 8.6 PU 490 Hz. 5 Si la frecuencia de resonancia ocurre a una frecuencia característica o cercana a ella ( 3ª, 5ª, 7ª, ª y 3ª ), se estima y se calcula la distribución de corrientes armónicas, así como la distorsión armónica individual y total de corrientes y voltajes armónicos, cuidando que éstos valores sean menores a los límites que establece la norma L de CFE o la EEE Std 59 y además verificar que los diferentes equipos soporten la distorsión armónica presente en el sistema. Corriente y voltaje RMS: RMS 3 h V V + V + V V RMS 3 h Distorsión armónica individual de corriente y voltaje: h Vh %HDi x 00 %HDv x 00 V Distorsión armónica total de corriente y voltaje: h Vh h h %THDi x 00 %THDv x 00 V En caso de no cumplir con lo establecido por la norma, se tendrá que disminuir capacidad del banco de capacitores o incrementar la capacidad de corto-circuito del sistema o dimensionar un filtro en lugar de un banco de capacitores o colocar un reactor de choque o aplicar la Norma L de CFE referente a la inyección de corrientes armónicas por parte de los usuarios, Etc.. En caso de resultar dos bancos de capacitores, se tendrá que instalar en uno de ellos un reactor de amortiguamiento ( 0.5 L 5 mh ) para limitar la corriente de inrush al energizar un banco estando el otro conectado y para limitar la corriente de outrush para una falla externa Revisiones:

5 .4.- CÁLCULO DE LA CORRENTE DE NRUSH A.- Al energizarse un banco de capacitores de 5 MVAR en 5 KV, teniendo una capacidad de corto circuito trifásico de 000 MVACC. 5 KV, 000MVA CC, CC 500 A N 75.3 A NRUSH NRUSH MÁX MÁX ( A) 500 (75.3) ( A) AMP S CC N 5 MVAR Frecuencia de la corriente de NRUSH. f CC N Hz EL PERÍODO T f 490 Hz ms B.- Al energizarse un banco de capacitores de 5 MVAR, 5 KV, con reactor de amortiguamiento de 5 mh, estando otro energizado de las mismas características Revisiones:

6 5 KV, 000 MVA CC, CC 500 A 75.3 A 5 MVAR 75.3 A ( A) 5 mh NRUSH MÁX NRUSH MÁX KVLL( * ) L ( + ) eq ( A) 65 A.58 N (5)(75.3)(75.3) (5000)( ) 5 MVAR Frecuencia de la corriente de NRUSH f f ( KHz ) 9.5 f S KV L eq ( + ( * ) LL (60 )( 5 )( ) (5000 )( 75.3 )( 75.3 ) ( KHz ) KHz ) El período de la corriente de NRUSH T seg 5.5 E 4 Seg 0.55 f 88 ( ) ms Las pruebas que se le realizan a las unidades capacitoras son las siguientes:.5 RESSTENCA DE ASLAMENTO. La aplicación de esta prueba en capacitores, es con la finalidad de detectar fallas incipientes en la estructura aislante del mismo. Esta prueba solo debe efectuarse a unidades de dos boquillas, debido a que la tensión de prueba no debe aplicarse entre las placas del capacitor, tal y como sucedería para un capacitor de una boquilla, donde una de sus dos placas esta referida al tanque del mismo. De realizarse la prueba bajo estas Revisiones:

7 condiciones, se estaría registrando el valor de la resistencia interna de descarga, y no la resistencia de aislamiento existente entre partes vivas y tierra..5. PREPARACÓN DEL CAPACTOR PARA LA PRUEBA. a) Considerar lo establecido en el punto.3., sobre las recomendaciones generales para realizar las pruebas. b) Desenergizar completamente la unidad, y dejar transcurrir cinco minutos, para que el capacitor se descargue a traves de la resistencia interna de descarga. c) ndependientemente que el capacitor por diseño cuenta con la resistencia interna de descarga que debe llevarlo a una tensión residual menor de 50 V en 5 minutos, por seguridad aterrizar el capacitor para descargarlo, cortocircuitando las dos boquillas y si es de una sola boquilla mantenerla aterrizada durante un periodo de al menos 0 minutos, a través de un conductor solidamente aterrizado y utilizando una pértiga, cuando el banco cuente con cuchillas de puesta a tierra se deberá aterrizar a través de estas. d) Para bancos de capacitores no referidos a tierra, una vez librado,se debe conectar solidamente a tierra la estructura soporte del banco. e) Estando aún aterrizado limpiar perfectamente las porcelanas y desconectar las terminales del capacitor para evitar errores en la medición. f) Retirar el equipo de puesta a tierra..5. CONEXONES PARA REALZAR LA PRUEBA. En la figura., se muestran las conexiones para el circuito de prueba de resistencia de aislamiento, para unidades de dos boquillas Revisiones:

8 Fig.. CAPACTORES PRUEBA DE RESSTENCA DEL ASLAMENTO UTLZAR FORMATO DE PRUEBA NO. SE Revisiones:

9 .5.3 NTERPRETACÓN DE RESULTADOS. La resistencia de aislamiento medida aplicando 500 o 5000 volts de C.D. no debe de ser menor de 000 megaohms para capacitores de dos boquillas. En los capacitores de una sola boquilla no se recomienda esta prueba ya que el valor medido será el de la resistencia de descarga..6 MEDCÓN DE CAPACTANCA. La manera mas simplificada para hacer la medición es directamente mediante un puente o medidor de capacitancias..6. PREPARACÓN DEL CAPACTOR PARA LA PRUEBA. a) Considerar lo establecido en el punto.3.. sobre recomendaciones generales para realizar pruebas. b) Desenergizar completamente la unidad, y dejar transcurrir cinco minutos, para que el capacitor se descargue a traves de la resistencia interna de descarga. c) ndependientemente que el capacitor por diseño cuenta con la resistencia interna de descarga que debe llevarlo a una tensión residual menor de 50 V en 5 minutos, por seguridad aterrizar el capacitor para descargarlo, cortocircuitando las dos boquillas y si es de una sola boquilla mantenerla aterrizada durante un periodo de al menos 0 minutos, a través de un conductor solidamente aterrizado y utilizando una pértiga, cuando el banco cuente con cuchillas de puesta a tierra se deberá aterrizar a través de estas. d) Para bancos de capacitores no referidos a tierra, una vez librado,se debe conectar solidamente a tierra la estructura soporte del banco. e) Estando aun aterrizado limpiar perfectamente las porcelanas y desconectar las terminales del capacitor para evitar errores en la medición. f) Retirar el equipo de puesta a tierra g) Cuando se detecte un fusible fallado no debe reponerse hasta que se mida la capacitancia de la celda asociada al mismo Revisiones:

10 h) Los fusibles estan calculados para evitar el daño del tanque y explosión de la celda, por lo que en caso de tener que sustituir un fusible debe verificarse que las curvas MMT y MCT sean equivalentes..6. CONEXONES PARA REALZAR LA PRUEBA. En la figura., se muestra la conexión para la determinación indirecta de la capacitancia Revisiones:

11 Fig.. CAPACTORES PRUEBA DE MEDCÓN DE CAPACTANCA UTLZAR FORMATO DE PRUEBA No. SE Revisiones:

12 .6.3 NTERPRETACÓN DE RESULTADOS. Las siguientes ecuaciones se utilizan para determinar la capacitancia. QVc Vc *c Xc Vc Xc Q Vc c Además: Xc Xc π fc C π fxc Donde : C Corriente medida VC Tensión aplicada XC Reactancia capacitiva f Frecuencia C Capacitancia Q Potencia Reactiva Actualmente se disponen de aparatos que miden en forma directa la capacitancia de los capacitores. El valor de la capacitancia no debe variar mas de un +-4% del valor de placa o puesta en servicio, la variación de la capacitancia indica degradación de los aislamientos internos del capacitor. Se anexa tabla de capacitancias para unidades monofasicas Revisiones:

13 KVAR. CAPACTANCA EN CAPACTORES MONOFÁSCOS CAPACTANCA EN UNDADES MONOFÁSCAS DE CAPACTORES SSTEMAS DE 34.5 KV. SSTEMAS DE 4.4 Y 36 KV DE LAS SSTEMAS DE 3.8 KV. (RED) (RED) (BUS) V O L T A J E N O M N A L D E L A S U N D A D E S E N V O L T S C A P A C T A N C A D E L A S U N DA D E S E N M CR O F A R A DO S UNDADES MN. MAX. MN. MAX. MN. MAX. MN. MAX. MN. MAX. MN. MAX C.65 x KVAr/V (MN.) C.5 (MAX.) Revisiones:

14 C A P A C T O R E S P R U E B A D E R E S S T E N C A D E A S L A M E N T O FECHA ULTMA PRUEBA REPORTE No. DVSON ZONA SUBESTACON FECHA EQUPO PROBADO MARCA TPO VOLTAJE NOMNAL o C TEMP. AMBENTE EQUPO DE PRUEBA : MARCA HUMEDAD RELATVA % SERE No. TPO CONDCONES DEL TEMPO EQUPO No. VOLTAJE DE DE PRUEBA TPO No. SERE PRUEBA LNEA CONEXONES LECTURAS VALOR GUARDA TERRA 60 SEG. MEGAOHMS (MΩ) * FORMA DE CONEXÓN (DBUJAR) * CONSDERADOS MULTPLCADOR MEGGER: OBSERVACONES: FACTOR DE CORRECCÓN POR TEM: PROBO: REVSO: FORMATO SE Revisiones:

15 C A P A C T O R E S P R U E B A D E M E D C O N D E C A P A C T A N C A FECHA ULTMA PRUEBA REPORTE No. DVSON ZONA SUBESTACON FECHA EQUPO PROBADO MARCA TPO TENSON NOMNAL o C TEMP. AMBENTE EQUPO DE PRUEBA : MARCA HUMEDAD RELATVA % SERE No. TPO CONDCONES DEL TEMPO EQUPO UNDAD No. No. DE SERE TENSON DE PRUEBA ( Vc ) CORRENTE MEDDA ( c ) CAPACTANCA CALCULADA ( μ F ) CAPACTANCA MEDDA * (μ F ) CAPACTANCA DE PLACA DE DATOS ( μ F ) CALCULO DE LA CAPACTANCA: OBSERVACONES: Xc V c c C π f X c PROBO: * - UNCAMENTE CUANDO SE DSPONGA DE UN PUENTE DE CAPACTANCAS. REVSO: FORMATO SE Revisiones: