Solución de problemas para los capacitores de corrección del factor de potencia

07-11-2013 | Calidad eléctrica

Por Bennie Kennedy

Los capacitores de corrección del factor de potencia permiten reducir los costos energéticos al evitar las tarifas más altas que las empresas públicas aplican cuando el factor de potencia cae por debajo de los valores especificados. Las instalaciones normalmente colocan estos capacitores cuando las cargas inductivas causan problemas con el factor de potencia. Los bancos de capacitores normalmente sirven durante años, pero deben inspeccionarse regularmente para estar seguros de que funcionen correctamente. Problemas tales como conexiones sueltas, fusibles fundidos o capacitores con fallas, pueden reducir la cantidad de corrección energética disponible y, en casos extremos, incluso causar una falla total del sistema o un incendio. Este artículo describe cómo inspeccionar los capacitores de corrección del factor de potencia y evitar estos problemas.

¡Lo primero es la seguridad!

Los capacitores son dispositivos de almacenamiento de energía que pueden dar descargas letales incluso mucho después de que se los haya desconectado de la alimentación. La mayoría de los capacitores están equipados con un circuito de descarga, pero cuando este falla, existe el peligro, durante un largo periodo, de que se produzca una descarga eléctrica. Cuando es necesario hacer pruebas con la tensión aplicada, debe tener mucho cuidado. El mantenimiento del banco de capacitores exige una capacitación específica para ese equipo, su aplicación y la tarea que se espera que usted realice. Además, se requiere usar el equipo de protección individual correspondiente (PPE) según la NFPA 70E.

Al trabajar con circuitos de transformadores de corriente (TC), existen otros peligros intrínsecos, como el cableado y los bloques de cortocircuito. El TC en sí mismo se ubica normalmente en el conmutador principal, no en la carcasa del banco de capacitores. Incluso después de que el banco de capacitores haya sido desconectado de la corriente, existe peligro de descargas eléctricas procedentes del cableado del TC. Si el circuito del TC está abierto cuando hay mucha carga en el conmutador principal, el TC puede desarrollar una tensión letal en sus terminales.

¿Qué es el factor de potencia?

El factor de potencia se define como la relación porcentual entre la potencia real, medida en kilovatios (kW), y la potencia aparente, medida en kilovoltamperios (kVA). La potencia aparente es el requisito total que una instalación determina que necesita recibir de los servicios públicos a fin de obtener tensión y corriente, sin tomar en consideración si, de hecho, funciona bien o no. Los servicios públicos normalmente aplican una cuota superior cuando el factor de potencia cae por debajo de cierto nivel, a menudo, de 90 %.

Potencia real (KW) / potencia aparente (KVA) = factor de potencia
50 KW / 52 KVA = 0.96 (buen estado del factor de potencia de 96 %)
50 KW / 63 KVA = 0.79 (mal estado del factor de potencia de 79 %)

La inductancia del motor es la causa más habitual de un mal factor de potencia y el problema solo aumenta cuando los motores no están cargados plenamente. Las corrientes de armónicos que se reflejan en los sistemas también reducen el factor de potencia.

Medir el factor de potencia requiere disponer de un medidor que pueda medir la tensión, la corriente, la potencia y la demanda de manera simultánea durante un segundo al menos. Un multímetro digital (MMD) no puede realizar todas estas medidas, pero un analizador de calidad eléctrica como el Fluke 43B, si se usa con una pinza de corriente, medirá todos estos elementos de manera ininterrumpida en el tiempo y creará una imagen precisa del consumo energético. Los registradores de energía, otro tipo de herramienta de calidad eléctrica, pueden llevar a cabo un estudio de la carga durante 30 días y proporcionar un mejor entendimiento del factor de potencia y de otros parámetros, a lo largo del tiempo.

Un factor de potencia bajo puede corregirse si se añaden capacitores de corrección del factor de potencia al sistema de distribución energético de las instalaciones. Esto se cumple mejor a través de un controlador automático que enciende y apaga capacitores, y a veces reactores. Las aplicaciones más básicas hacen uso de un banco fijo de capacitores.

En condiciones normales, los capacitores deberían funcionar sin ningún problema durante muchos años. Pero, en condiciones tales en las que se dan corrientes de armónicos, temperaturas ambientales altas o mala ventilación, se pueden producir fallos prematuros en los capacitores de corrección y en los circuitos relacionados. Estas fallas pueden causar aumentos sustanciales de los gastos en energía y, en casos extremos, crear incluso situaciones potenciales de incendios o explosiones. Por lo tanto, es importante que los capacitores de corrección del factor de potencia se inspeccionen de manera periódica a fin de asegurarse de que funcionen debidamente. La mayoría de los fabricantes publica boletines de mantenimiento en sus sitios web. El intervalo de mantenimiento preventivo que normalmente recomiendan es de dos veces al año.

Inspección con una cámara infrarroja

La herramienta más útil para evaluar los bancos de capacitores es una cámara termográfica. El sistema debe conectarse al suministro eléctrico durante una hora antes de probarse, como mínimo. Para empezar, debe comprobarse la pantalla del controlador para determinar si todas las etapas están conectadas. Después, conviene verificar que los ventiladores de refrigeración funcionen correctamente. Realice un examen de infrarrojos de la carcasa antes de abrir las puertas. Y, basándose en su evaluación de arcos eléctricos, lleve el equipo de protección personal necesario.

Daños en un disyuntor que alimenta un banco de condensadores. Un examen térmico habría detectado un calentamiento anormal.

Examine la alimentación y controle el cableado con la cámara termográfica, en busca de alguna conexión suelta. Una evaluación térmica le permitirá identificar una mala conexión, dado que mostrará un aumento de la temperatura debido a una resistencia adicional en el punto de conexión. Un buen estado de la conexión debe medir no más de 20 grados por encima de la temperatura ambiental. En los puntos de conexión, debe haber poca diferencia, o ninguna, en la temperatura entre fases o bancos.

La diferencia de temperatura indica que se fundió el fusible de la izquierda.
Esta imagen infrarroja indica la falla de unos de los capacitores.

Una evaluación con infrarrojos detectará un fusible fundido y resaltará las diferencias de temperatura entre uno fundido y uno en buen estado. Un fusible fundido en un estadio de bancos de capacitores reduce la cantidad de corrección disponible. Algunas unidades están equipadas con indicadores de fusibles fundidos; otras, no. Si detecta que hay un fusible fundido, desconecte el banco entero y determine qué es lo ha causado que el fusible se haya fundido. Algunas de las causas habituales son capacitores en mal estado, problemas con el reactor o malas conexiones en las conexiones de los fusibles en línea, conexiones de los fusibles cargados o las pinzas de los fusibles.

Observe las diferencias de temperatura en cada uno de los capacitores. Si un capacitor no es necesario o no está conectado en el momento de examinarlo, debería estar frío. También recuerde que la temperatura de los componentes podría ser más alta que en las secciones superiores debido a la convección. Pero, si todos los estadios están conectados según el controlador, la diferencia de temperatura normalmente indica que existe un problema. Por ejemplo, la presión alta puede hacer que el interruptor de la presión interna del capacitor se active antes que el fusible externo, de tal manera que ello extraiga el capacitor del circuito sin previo aviso.

Mediciones de corriente

Como parte del mantenimiento preventivo, tome y registre la medición de la corriente en las tres fases de cada etapa con un multímetro y una pinza amperimétrica. Use también el multímetro para medir la entrada de la corriente en el controlador desde el transformador de corriente en el conmutador principal, con una pinza para la corriente alrededor del conductor auxiliar del TC. Es necesario hacer algunos cálculos a fin de poder convertir el valor obtenido de la corriente con el valor actual que existe en el conmutador principal. Si el valor que se lee en el transformador de corriente es de entre 3000 y 5 A, y su resultado es de 2 A, la corriente real es de . Así mismo, mida la corriente que pasa por el interruptor que alimenta el banco de capacitores para comprobar si hay algún desequilibrio entre las fases cuando todos los estadios estén conectados. Mantenga un registro de todas las lecturas para tener una referencia de las que se tomen en una fecha posterior.

Mediciones de capacitancia

Antes de medir la capacitancia, desconecte el banco de capacitores y espere el periodo que se especifica en el boletín de servicio del fabricante. Al llevar el equipo de protección individual correspondiente, confirme que no haya presencia de CA con un medidor de la clasificación adecuada. Siga los procedimientos de bloqueo/etiquetado de su instalación. Con un medidor de CC adecuado para la tensión que desea probar y configurado a 1000 V de CC; pruebe cada estadio entre las fases y la conexión de toma a tierra. No debería haber tensión. La presencia de tensión indica que es posible que el capacitor no esté descargado. Si no se detecta tensión, mida la capacitancia con el medidor y compare la lectura con las especificaciones del fabricante para cada estadio.

Inspección visual y limpieza

Efectúe también una inspección visual completa. Busque componentes que se hayan decolorado, capacitores abultados o con fugas, o signos de calentamiento o humedad. Limpie o sustituya los filtros de los ventiladores de refrigeración. Limpie las unidades con una aspiradora, nunca con aire comprimido. Antes de volver a conectar los capacitores, lleve a cabo una prueba de integridad de aislamiento desde el bus entre fases y la fase a la toma de tierra. Extraiga los fusibles o el disyuntor del lado de línea del transformador de corriente para evitar lecturas erróneas entre fases. Los capacitores de corrección del factor de potencia se diseñaron para proporcionar años de servicio si se lleva a cabo el mantenimiento adecuado de acuerdo con las instrucciones del fabricante. Inspeccionar los bancos de capacitores de manera regular ofrece la seguridad de saber que están funcionando debidamente, al tiempo que ello repercute en un ahorro anticipado del costo energético.