La protección de los bancos de condensadores esta íntimamente ligada con el arreglo y conexión de los mismos. Los arreglos más usados son:

•  Una sola fila de capacitores en paralelo por fase.

•  Varias filas de condensadores conectadas en serie por fase, serie-paralelo.

La conexión de los bancos puede ser en delta o en estrella: si es en estrella, la conexión puede ser con el neutro conectado a tierra o flotante. Cuando se utiliza el primer arreglo para la conexión delta, la falla de una unidad significa un corto-circuito entre fases; para la conexión en estrella con neutro a tierra, la falla de un elemento del banco viene a ser la falla de una fase a tierra, pero cuando el neutro esta flotante, la corriente por la falla de una unidad de una fase, es igual a tres veces la corriente nominal de dicha fase, para el arreglo serie-paralelo, la corriente de cortocircuito al fallar un condensador en una de las filas, está limitada por la impedancia de las otras filas restantes y no varia de una forma tan significativa con el tipo de conexión.

La protección con fusibles es frecuentemente utilizada para bancos de condensadores y pueden aplicarse para proteger unidades individuales o en grupo. A pesar de que la protección individual de condensadores tiene las ventajas de ser más selectiva, de permitir usar fusibles más pequeños y de indicar directamente la unidad fallada, presenta inconveniente. En el caso de un banco conectado en estrella con neutro flotante, la falla y desconexión de algunas unidades en cualquiera de las fases, origina un desplazamiento eléctrico del neutro que, a su vez ocasiona una sobre-tensión en los condensadores de las fases que han quedado con un mayor impedancia. En caso de bancos conectados en estrella con neutro a tierra, o en delta, cuyas fases estén formadas por varias filas de condensadores conectados en serie-paralelo, la falla y desconexión de algunas unidades de las filas puede originar una redistribución de la tensión aplicada de la tensión aplicada en dichas filas.

El condensador es un elemento muy sensible a los excesos de tensión, tanto que un sobrevoltaje del 10% de la tensión nominal lo puede hacer fallar.

4.4.1.- Protección con fusible

Cuando se selecciona un fusible para proteger un banco de condensadores, se debe considerar:

•  La corriente de puesta en servicio

•  La energía de ruptura

•  La corriente de cortocircuito que se tiene en el lugar de su instalación

•  El tipo de conexión

4.4.1.1.- Corriente nominal

Independientemente de si se emplean fusibles para un solo condensador o para un grupo, primero se debe determinar la capacidad de la unidad, o sea la corriente por fase. A continuación se debe tomar en cuenta el contenido de armónicas, un valor de 1,35 veces la corriente de carga es el factor más empleado para determinar la corriente nominal del dispositivo de protección.

4.4.1.2.- Corriente de puesta en servicio.

Puesto que la corriente de puesta de servicio es de régimen transitorio es mejor analizar este fenómeno a través del concepto de energía i 2 *t. Para calcular la magnitud de la corriente de puesta en servicio en un punto determinado del circuito, conectado en estrella aterrizado, se puede emplear una expresión de la energía dada en función de la corriente de cortocircuito y de la relación X/R del circuito hasta el punto de localización del banco. La siguiente expresión permite calcular la energía i 2 *t basada en el valor peak de la corriente de puesta de servicio (4.17).

(4.17)

Donde:

I L : Corriente nominal del banco en amperes.

Icc : Corriente de cortocircuito en el lugar donde este instalado el banco en KA.}

Con esta expresión y considerando que la energía i 2 *t para bancos aislados de tierra es 2,25 veces que para bancos aterrizados, se puede calcular la energía en cualquier punto del circuito para diferentes condiciones.

Una vez que se calcula la energía, entonces es necesario determinar la energía de fusión mínima del fusible seleccionado. Esto se realiza calculando la energía para 0,01 segundos en la curva tiempo–corriente de función mínima y multiplicándola por un factor igual a 0.7; este valor es un factor de seguridad que permite considerar el efecto piel a altas frecuencias. Finalmente, la energía i 2 *t de puesta en servicio se puede comparar con la energía i 2 *t de la curva fusión mínima para determinar si el fusible opera o no cuando el banco se energice.

4.4.1.3.- La energía de ruptura.

El fusible seleccionado no debe permitir que la energía que fluya dentro del tanque sobrepase cierto límite, para prevenir su ruptura. Los limites varían en un rango que va de

80 KA 2 *seg; hasta 1 MA 2 * seg. En cualquier caso, a medida que aumenta el valor de la energía i 2 *t, mayor es la probabilidad de que el tanque se perfore.

4.4.1.4.- Características tiempo-corriente de ruptura del tanque.

Existen curvas de probabilidad de ruptura de tanques debido a arcos internos, estas curvas proporcionan de manera gráfica, la relación de corriente de falla y tiempo; para diferentes valores de tiempo-corriente hay cuatro zonas bien definidas. Con objeto de evitar posibles rupturas, el fusible debe ser coordinado de manera que interrumpa la falla dentro de 300 segundos.

4.4.1.5.- Conexión de bancos de condensadores.

La conexión en estrella con neutro flotante es la que ofrece mas ventajas, debido a que la tensión aplicada a las unidades es la tensión de fase; requiere de protecciones de menor capacidad interruptiva. Se debe considerar la conexión que de la tensión de operación más cercana a la tensión nominal de las unidades.

Cuando los bancos de condensadores no son de gran potencia, la protección en grupo es la más indicada y el aterrizamiento del banco presenta ciertas ventajas. Cuando se aplica un fusible para proteger unidades en grupo, la corriente nominal de este, es grande con respecto a la de cada unidad individual; entonces, si una de estas unidades falla, la corriente resultante no seria suficiente para fundir el fusible a menos que el banco esté con neutro conectado a tierra. Cuando en un banco con neutro aterrizado, con una sección serie por fase, el fusible opera individual o en grupo, la tensión en las unidades restantes permanece constante. Por el contrario, en un banco con neutro aislado, la pérdida de una unidad, aumenta la tensión de operación en las unidades restantes.

Los bancos de gran capacidad, normalmente se protegen con fusibles individuales y con relés.