Este documento trata sobre la protección de baterías de condensadores. Explica los diferentes tipos de conexión de baterías de condensadores, como estrella y triángulo, y los esquemas típicos de protección para cada conexión. También describe las protecciones comunes como sobreintensidad, desequilibrio y sobre/subtensión, y cómo ajustarlas correctamente. El objetivo es proporcionar protecciones sensibles, selectivas y fiables para las baterías de condensadores.

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Protección de baterías de Condensadores
Andrés Granero
La necesidad de compensar las líneas e instalaciones mediante condensadores serie y
derivación es fundamental a causa de la extensión de las redes y la separación de los centros
de generación y consumo, así como por la mayor utilización de cargas reactivas (motores, etc.).
Por razones económicas la evolución tecnológica ha desplazado los compensadores síncronos
y hoy día el uso de las baterías de condensadores está muy extendido. Por otra parte, la
instalación de reactancias shunt (particularmente en las redes de transporte) constituye el
complemento de las baterías de condensadores para sustituir con plenitud las funciones de los
compensadores síncronos.
Rentabilidad
La compensación mediante condensadores serie tiene su justificación en el aumento de la
capacidad de transporte de las líneas y los márgenes de estabilidad de la red, y en la reducción
de las pérdidas, al mejorar la distribución de carga en las líneas paralelas.

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1.- Generalidades
Las protecciones que se disponen en instalaciones de baterías de condensadores estáticos
deben responder a las premisas siguientes:
a) Sensibilidad y rapidez en la detección y desconexión, de la parte averiada de la batería,
en caso de cortocircuito.
b) Selectividad de la desconexión:
1) En el caso de que existan varios escalones deberá desconectarse el averiado.
2) En el caso de avería en un bote, de estar protegido el mismo por un fusible
externo o interno, deberá poder seguir funcionando el escalón después de
aislada la avería del bote siempre y cuando la instalación lo permita, o sea, de
interés para el usuario.
c) Fiabilidad y estabilidad en el funcionamiento de las protecciones.
1) Deberán disponerse las protecciones necesarias según sea el tipo de conexión
de los bornes en la batería.
2) Deberán ajustarse debidamente las protecciones para evitar actuaciones
inadecuadas.
Figura 1: Conexión simple estrella Figura 2: Conexión simple triángulo
2.- Disposiciones de las protecciones
Las protecciones empleadas en instalaciones de baterías de condensadores dependen de la
potencia de las mismas y de su conexionado.
Los sistemas usuales de conexionado en baterías de condensadores son en estrella y triángulo
(ver figura 1 y 2 respectivamente).
Según el conexionado elegido de los dos antes citados pueden disponerse las variantes
siguientes para cada uno de ellos:
2.1.- Conexión simple estrella
a) Los botes a instalar por fase están dimensionados para la tensión fase-neutro (figura 1)
b) Los botes a instalar por fase no están dimensionados para la tensión fase-neutro, lo
cual exige la instalación de 2 o más botes en serie (figura 3)

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Figura 3: Conexión simple estrella con montaje en serie
Las protecciones usualmente empleadas en este tipo de conexión son las indicadas en la
figura 8.
2.2.- Conexión doble estrella
a) Los botes a instalar por fase están dimensionados para la tensión de fase-neutro
(figura 4).
Figura 4: Conexión doble estrella
b) Los botes a instalar por fase no están dimensionados para la tensión fase-neutro, lo
cual exige la instalación de 2 ó más botes en serie (figura 5).
Figura 5: Conexión doble estrella con montaje en serie

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Las protecciones usualmente empleadas en este tipo de conexión son las indicadas en la figura
9.
2.3.- Conexión triángulo (simple y doble)
a) Los botes a instalar por fase están dimensionados para la tensión compuesta (figura 2)
b) Los botes a instalar por fase no están dimensionados para la tensión compuesta, lo
cual exige la instalación de 2 ó más botes en serie (figura 6).
Figura 6: Conexión simple triángulo con montaje en serie
Las protecciones usualmente empleadas en este tipo de conexión son las indicadas en la
figuras 10.
3.- Protección de Sobreintensidad
Su misión consiste en desconectar el interruptor cuando se produce un cortocircuito entre
fases o a tierra en la batería.
Generalmente, dicha protección no es sensible a las averías internas de los elementos que
componen la batería.
Se acostumbra a instalar dos relés de fase y un relé de neutro a tiempo inverso o
independiente, con elemento instantáneo en los relés de fases.
Cuando la batería se compone de varios escalones, cada uno de ellos incorporará su propia
protección de sobreintensidad.
La protección de sobreintensidad del interruptor principal habrá de ser selectiva con las de los
escalones.
Si la red a la que se asocia la batería está aislada (sin neutro a tierra), el relé de tierra puede ser
omitido.

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4.- Protección de Sobre y subtensión
Las baterías de condensadores son instalaciones muy sensibles a la tensión y al tiempo
máximo permisible de las sobretensiones.
En el caso de un «cero» de tensión, es necesario desconectar las baterías para poder controlar
debidamente la conexión posterior y los problemas que de ello se derivan.
Se acostumbra a instalar dos relés de tensión a tiempo independiente. Esta protección
también puede conseguirse utilizando el criterio de intensidad, ya que la intensidad absorbida
por la batería es función de la tensión aplicada.
La utilización de la protección de sobreintensidad como protección de sobre y subtensión tiene
la ventaja de evitar la instalación de transformadores de tensión, además de simplificar y
abaratar el conjunto de la protección.
Figura 7: Característica de sobretensión en función del tiempo que puede soportar una batería
(IEC 60070)
5.- Protección de Desequilibrio
Cuando se produce la avería de algún elemento de los que componen la batería de
condensadores, esta anomalía supone una modificación de la impedancia de alguna de las
fases y, por consiguiente, la aparición de desequilibrios en las intensidades y tensiones.
Las protecciones de desequilibrio se basan en la medida de las corrientes o tensiones
diferenciales que se detectan entre puntos prácticamente equipotenciales. Se utilizan relés a
tiempo inverso o independiente.

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6.- Esquemas
En función de la disposición de los elementos que componen la batería, las protecciones
tendrán el siguiente esquema:
6.1.- Conexión simple estrella
Figura 8: Esquema tipo de protección de condensadores utilizados en conexión simple estrella.
En este caso, la detección del desequilibrio se realiza mediante un transformador de tensión
conectado entre el neutro de la batería y tierra. Si se dispone de transformadores de tensión,
se puede detectar el desequilibrio utilizando un devanado en conexión triángulo abierto.

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6.2.- Conexión doble estrella
Figura 9: Esquema tipo de protección para baterías de condensadores doble estrella.
La detección del desequilibrio se realiza en este caso mediante la medida de la intensidad que
circula entre los neutros de las estrellas, originada por la variación de la impedancia de una de
las ramas.
6.3.- Conexión triángulo
Figura 10: Esquema tipo de protección para baterías de condensadores en conexión doble
triángulo

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En la conexión triángulo solamente se puede detectar el desequilibrio si se trata de un doble
triángulo. Para ello se mide la corriente que circula en la unión de puntos equipotenciales de
los dos triángulos.
7.- Fenómenos de conexión y desconexión en las baterías de condensadores
Al maniobrar una batería de condensadores aparece en la red un régimen transitorio que se
puede separar en dos fenómenos distintos.
El primero se produce por el hecho de que la carga del condensador no puede variar
instantáneamente, en el momento preciso de la conexión; la tensión de la red toma
bruscamente el valor de la tensión inicial del condensador y, en consecuencia, recibe un
choque.
Tras este choque inicial, el condensador se carga de acuerdo con una ley que viene
determinada por la inductancia y la resistencia de la red, régimen generalmente sinusoidal y
amortiguado.
En el caso de grandes baterías de condensadores, el hecho de conectar un nuevo escalón a
varios escalones ya conectados puede deteriorar los interruptores de maniobra; por la
presencia de corrientes muy elevadas.
Por razones diversas, es necesario fraccionar en escalones las grandes baterías de
condensadores. Estos escalones se conectan en función de las necesidades de potencia
reactiva de la red.
Ver Post: Sobretensiones de maniobra, en el siguiente link:
http://imseingenieria.blogspot.com.es/2015/09/sobretensiones-de-maniobra.html
Los condensadores de alta tensión no disponen de contactores con resistencias de limitación
(como ocurre en BT).
Figura 11: Interruptor con resistencia de inserción para baterías de condensadores

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Se recomienda la utilización en MT de interruptores de SF6 en lugar de los de vacío. La
capacidad de los disyuntores de corte en vacío, de interrumpir corrientes de alta frecuencia, los
hace más sensibles a los precebados múltiples que otros disyuntores, por ejemplo, los
disyuntores de SF6 no cortan prematuramente las corrientes de alta frecuencia por lo que no
provocan más de un reencendido, se dice por ello que su corte es “suave”.
Ver post: ¿Qué elegir: interruptor automático SF6 o Vacío? En el siguiente link:
http://imseingenieria.blogspot.com.es/2015/08/que-elegir-interruptor-automatico-en.html
Figura 12: Registros de las tensiones e intensidad de conexión y desconexión de una batería de
condensadores, utilizando este tipo de interruptor
Si bien para la conexión de una batería de condensadores no fraccionada no se precisa
imperativamente un interruptor de gran velocidad de cierre, en el caso de una batería
constituida por escalones la velocidad de conexión debe ser suficientemente elevada para
limitar el número de precebados.

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Figura 13: Instalación con inductancias de choque en serie “L” para amortiguar el fenómeno de
conexión
8.- Problemas ligados a los condensadores en presencia de armónicos
En presencia de armónicos, la instalación de condensadores tiene el riesgo de provocar
amplificación de corrientes y tensiones armónicas y problemas consecuentes tales como
resonancia con inductancias instaladas en la misma red.
En el caso de conexión estrella de baterías de condensadores, el punto neutro se aísla de tierra
con el fin de evitar la circulación de corrientes armónicas homopolares en los condensadores
de las redes con neutro a tierra y en las redes con neutro aislado, para no aumentar la
capacidad a tierra de la red.
Ver Post:
Influencia de los condensadores en redes con armónicos, en el siguiente link:
http://imseingenieria.blogspot.com.es/2015/07/influencia-de-los-condensadores-en.html
Hoja de cálculo de frecuencias de resonancia en baterías de condensadores, en el siguiente
link:
http://imseingenieria.blogspot.com.es/2015/07/hoja-de-calculo-de-frecuencias-de.html
Filtros activos, solución para mejorar la calidad de las redes eléctricas, en el siguiente link:
http://imseingenieria.blogspot.com.es/2015/08/filtros-activos-solucion-para-mejorar.html

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9.- Orientaciones sobre el ajuste de las protecciones
9.1.- Protección de sobreintensidad
Los relés de fases se regulan a 1,5 In.
(In = intensidad nominal de la batería) y con una temporización del orden de 0,3 s en los relés
de tiempo definido y con la curva ½ en la posición del índice de tiempos en los relés de tiempo
inverso.
El elemento instantáneo de los relés de fases se regula a 10 In.
El relé de tierra se regula a 0,5 In y con una temporización del mismo orden de los relés de
fases.
La presencia de fusibles internos en los condensadores es una mejora que refuerza la
continuidad del servicio. La batería puede mantener entonces su función con varios elementos
desconectados.
9.2.- Protección de desequilibrio
9.2.1.- Fórmulas y Cálculo de desequilibrio
Para la determinación de los ajustes de las protecciones es necesario calcular, previamente, las
corrientes y tensiones que aparecen en determinados supuestos de anomalía en la batería; por
ejemplo, cortocircuito en un elemento. Para ello son de mucha utilidad las fórmulas que se
establecen a continuación y que permiten conocer diversas magnitudes en el caso de
desequilibrio en una fase de una carga trifásica.
Toda batería de condensadores, con el neutro aislado, cualquiera que sea su tipo de conexión
(estrella, doble estrella, triángulo, doble triángulo), puede representarse por una estrella de
impedancias. Cuando se produce una anomalía en una de las fases, el resultado es que la
impedancia de esa fase varía respecto a la de las otras, de tal modo que:
Obteniéndose entonces el siguiente esquema de desequilibrio:
Figura 14: Esquema de desequilibrio

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9.2.2.- Detección por tensión
El relé de alarma (si lo hay) se regula al 50% de la tensión de desequilibrio correspondiente a la
avería de un bote y con una temporización del orden de 3 s en los relés de tiempo definido y
con curva de 10 en la posición del índice de tiempos en los relés de tiempo inverso.
9.2.3.- Detección por corriente
El relé de alarma (si lo hay) se regula al 50% de la corriente de desequilibrio correspondiente a
la avería de un bote y con una temporización del orden de 3 s en los relés de tiempo definido y
con curva de 10 en la posición del índice de tiempos en los relés de tiempo inverso.
El relé de disparo se regula al 70% de la corriente de desequilibrio correspondiente al límite
admisible por avería de uno o varios botes y con una temporización del orden de 3 s en los
relés de tiempo definido y con la curva 10 en la posición del índice de tiempos en los relés de
tiempo inverso.
9.3.- Protección de sobretensión y subtensión
Un relé de sobretensión se regula a 1,1 Un (Un = tensión nominal de la batería) y con una
temporización del orden de 1 s en los relés de tiempo definido y con la curva de 3 en la
posición del índice de tiempos en los relés de tiempo inverso.
El relé de subtensión se regula a 0,3 Un y con una temporización del orden de 5 s en los relés
de tiempo definido y con curva de 10 en la posición del índice de tiempos en los relés de
tiempo inverso.
FUENTE BIBLIOGRÁFICA:
ASINEL: Baterías de condensadores en derivación