Selección de tasa de reactancia para reactores en serie en bancos de condensadores
Jun 11, 2026| Introducción
Reactores en serie (también conocidos comoreactores desafinados) utilizados con bancos de capacitores de potencia han sido ampliamente probados en sistemas de energía en todo el mundo para mejorar la compensación de potencia reactiva, reducir las pérdidas de línea, limitar las corrientes de irrupción de conmutación de capacitores y suprimir la distorsión armónica.
La selección de una tasa de reactancia del reactor adecuada es fundamental porque las corrientes armónicas están influenciadas por múltiples factores, incluidas las fuentes de armónicos de la red, la impedancia del sistema y los parámetros del banco de capacitores. Una tasa de reactancia inadecuada puede provocar resonancia, sobrecarga del condensador, sobrecalentamiento o falla prematura del equipo.
Este artículo explica los principios detrás de la selección de la tasa de reactancia y proporciona orientación práctica para aplicaciones de bancos de capacitores.
1. Limitación de la corriente de irrupción de conmutación del condensador
La corriente de irrupción de conmutación de condensadores es una de las causas más comunes de estrés en los dispositivos de conmutación ybancos de condensadores. Una corriente de entrada excesiva puede dañar contactores, disyuntores, condensadores y otros componentes del sistema de energía.
Normalmente se producen dos tipos de corriente de irrupción durante la energización del banco de condensadores:
Tipo 1: Conmutación de banco de condensadores individuales
Cuando se energiza un banco de capacitores independiente, la corriente de irrupción resultante generalmente está dentro de la capacidad de resistencia permitida del equipo de conmutación estándar. En la mayoría de los casos, no se requieren medidas limitantes-actuales adicionales.
Tipo 2: conmutación de banco de condensadores atrás-a-atrás
Cuando se enciende un banco de capacitores adicional mientras uno o más bancos de capacitores ya están conectados al sistema, puede ocurrir una corriente de entrada mucho mayor.
La experiencia de campo muestra que esta corriente transitoria puede alcanzar20 a 250 veces la corriente nominaldel banco de capacitores.
La corriente de irrupción se puede expresar como:
Dónde:
(Q_C)=Potencia reactiva del condensador
(X_L)=Reactancia inductiva del circuito
La ecuación muestra que aumentar la reactancia inductiva del circuito reduce la corriente de entrada. Por lo tanto, la instalación de un reactor en serie correctamente seleccionado limita eficazmente las sobretensiones de conmutación y protege tanto los condensadores como los equipos de conmutación.
2. Selección de la tasa de reactancia y supresión armónica
Los sistemas de energía modernos contienen una gran cantidad de cargas no lineales, como:
- Variadores de frecuencia (VFD)
- Rectificadores
- Sistemas UPS
- Hornos de arco
- Convertidores de energía renovable
Estos dispositivos generan corrientes armónicas que distorsionan la forma de onda del voltaje y afectan negativamente a los bancos de capacitores.
Para mejorar la calidad de la energía y proteger los condensadores, los reactores en serie se instalan comúnmente como reactores de supresión de armónicos.
Impacto de los armónicos en los bancos de condensadores
Una forma de onda no-sinusoidal consta de un componente de frecuencia fundamental más frecuencias armónicas que son múltiplos enteros de la frecuencia fundamental.
En los sistemas de potencia prácticos, los órdenes armónicos más significativos son:
- 3er armónico
- 5to armónico
- 7mo armónico
- 11º armónico
- 13º armónico
Entre estos, el5to armónicosuele ser el componente dominante.
Considere un sistema que contiene solo el voltaje fundamental y un componente de voltaje del quinto armónico. Si la tensión del 5º armónico alcanza el 26,45% de la tensión nominal:
- La sobretensión del condensador alcanza aproximadamente el 3,4%
- La sobrecorriente del condensador alcanza aproximadamente el 65,6%
- La sobrecarga de potencia reactiva alcanza aproximadamente el 35%
Estos valores demuestran claramente el grave impacto de los armónicos en el funcionamiento del banco de condensadores.
3. Análisis de resonancia
La corriente armónica se puede calcular como:
Dónde:
- (E_n)=Tensión armónica
- (X_B)=Impedancia del sistema
- (X_L)=Reactancia del reactor
- (X_C)=Reactancia del condensador
- (n)=Orden armónico
La resonancia ocurre cuando:
Las condiciones de resonancia correspondientes:
Para evitar resonancias y suprimir eficazmente las corrientes armónicas, se debe cumplir la siguiente condición:
Esto asegura que la rama del capacitor exhiba características inductivas en la frecuencia armónica objetivo, evitando así la amplificación armónica.
4. Determinación de la tasa de reactancia del reactor
En la práctica de la ingeniería, comúnmente se aplica un factor de seguridad de 1,5:
Para la supresión del quinto armónico:
La tasa de reactancia (K) se define como:
dónde:
(K)=Tasa de reactancia del reactor
(X_L) =Reactancia del reactor de frecuencia-fundamental
(X_C) =Reactancia del condensador de frecuencia-fundamental
Por lo tanto, untasa de reactancia del 6%desafina eficazmente el banco de condensadores por debajo de la frecuencia del quinto armónico, suprime los armónicos de quinto-orden y superiores y limita la corriente de entrada de conmutación a aproximadamente cinco veces la corriente nominal.
5. Guía de selección de tasa de reactancia estándar
0,1% – 1% Tasa de reactancia
Solicitud:
- Limitación de corriente de irrupción únicamente
- No hay requisitos de supresión de armónicos
Uso típico:
- Sistemas de energía limpios con muy bajo contenido de armónicos
- Limitación de corriente de cortocircuito-
Tasa de reactancia del 4,5% al 6%
Solicitud:
- Supresión de armónicos de 5.º-orden y superiores
Uso típico:
- Instalaciones industriales
- Edificios comerciales
- Sistemas generales de compensación de potencia reactiva.
Tasa de reactancia más comúnmente seleccionada
12% – 13% Tasa de Reactancia
Solicitud:
- Supresión de armónicos de tercer-orden y superiores
Uso típico:
- Sistemas con contenido significativo de tercer armónico
- Proyectos especiales de mitigación de armónicos.
Frecuencia del sistema aplicable
- Sistemas de energía de 50 Hz
- Sistemas de energía de 60 Hz
Conclusión
Los reactores en serie son un componente esencial de los bancos de condensadores modernos, ya que brindan protección efectiva contra corrientes de irrupción de conmutación, distorsión armónica y problemas de resonancia, al tiempo que mejoran la calidad general de la energía y la eficiencia energética.
La tasa de reactancia siempre debe seleccionarse de acuerdo con las condiciones reales del sitio y las mediciones armónicas:
- tasa de reactancia del 6%generalmente se recomienda para supresión de armónicos y protección de bancos de capacitores.
- Reactores centrales con 0,2 %–1 % de aire-son adecuados cuando el objetivo principal es limitar la corriente de entrada de conmutación y, en menor medida, reducir la corriente de cortocircuito.
- Tasas de reactancia del 12% al 13%se recomiendan para aplicaciones que requieren la supresión de armónicos significativos de tercer-orden.
La selección adecuada del reactor garantiza un funcionamiento fiable, una mayor vida útil del condensador, un mejor rendimiento de corrección del factor de potencia y una mejor calidad de la energía en todo el sistema eléctrico.