Contactores para Capacitores
CONTACTORES PARA BANCO DE CAPACITORES
Funciónes Especiales y Caracteríticas
A diferencia de los contactores estándar, los contactores para capacitores están diseñados para soportar y mitigar los fenómenos transitorios de corriente que ocurren al conectar un capacitor a la red eléctrica.
Por qué son especiales:
Cuando un capacitor se conecta a una red de
corriente alterna, actúa inicialmente como un cortocircuito, lo que provoca una
corriente de inserción (inrush current) muy elevada y de
corta duración. Esta corriente puede ser de 100 a 200 veces la corriente
nominal del capacitor, y puede dañar los contactos de un contactor estándar,
reducir su vida útil o incluso soldarlos.
Para evitar estos problemas, los contactores para
bancos de capacitores incorporan mecanismos que atenúan o suprimen estas
corrientes de inserción.
Funcionamiento y Características:
La característica distintiva de estos contactores es la inclusión de resistencias de precarga (o resistencias de amortiguación) y un diseño de contacto especial
- Resistencias de Precarga: Antes
de que los contactos principales se cierren, unos contactos auxiliares
(conocidos como "precontactos" o "contactos de
precierre") se cierran primero, introduciendo unas resistencias en
serie con el capacitor.
- Amortiguación de la Corriente: Estas
resistencias limitan la corriente de inserción inicial, permitiendo que el
capacitor se cargue parcialmente de forma suave.
- Cierre de Contactos Principales:
Después de unos pocos milisegundos (generalmente 5 ms), los contactos
principales del contactor se cierran, cortocircuitando las resistencias de
precarga y conectando el capacitor completamente a la red. Las
resistencias se desconectan del circuito.
- Diseño Robusto: Están construidos para
soportar los ciclos de conmutación frecuentes y las tensiones transitorias
asociadas con la conexión de capacitores.
- Categoría de Empleo Específica: Se clasifican bajo la categoría de empleo AC-6b (según normas IEC), que indica su idoneidad para la conmutación de cargas capacitivas.
Ventajas:
- Protección de los Capacitores: Al
limitar la corriente de inserción, prolongan la vida útil de los
capacitores del banco, evitando su degradación prematura o daños por
sobrecorriente.
- Protección de la Red Eléctrica:
Reducen las perturbaciones en la red (como sobretensiones transitorias y
armónicos) que pueden ser causadas por la conexión brusca de capacitores.
- Mayor Vida Útil del Contactor: Al
mitigar el arco eléctrico y el estrés en los contactos, el propio
contactor tiene una vida útil más larga en comparación con un contactor
estándar utilizado para la misma aplicación.
- Mejora de la Calidad de Energía:
Contribuyen a una conmutación más suave y controlada, lo que se traduce en
una mejor calidad de energía en la instalación.
- Fiabilidad del Sistema: Aumentan la fiabilidad general de los sistemas de corrección del factor de potencia.
Desventajas:
- Costo: Suelen ser más caros que los contactores
estándar debido a su diseño especializado y la inclusión de resistencias
de precarga.
- Complejidad: Son un poco más
complejos internamente que un contactor normal.
- Tamaño: Pueden ser ligeramente más voluminosos que los contactores estándar de la misma capacidad nominal.
Aplicaciones:
Los contactores para bancos de capacitores son esenciales en cualquier sistema que utilice bancos de capacitores para la corrección del factor de potencia, incluyendo:
- Bancos de Capacitores Automáticos: Son el componente clave para la conexión y desconexión escalonada
de los pasos capacitivos en un banco automático, que ajusta la
compensación según la demanda de potencia reactiva de la instalación.
- Compensación de Potencia Reactiva: En industrias, edificios comerciales y cualquier instalación con
cargas inductivas significativas (motores, transformadores, iluminación
fluorescente), donde se busca optimizar el factor de potencia para reducir
pérdidas y evitar penalizaciones de la compañía eléctrica.
- Sistemas de Estabilización de Voltaje: Ayudan a mantener un voltaje constante en la red al conectar o desconectar capacitores según sea necesario.
CARACTERISTICAS TECNICAS
Los contactores para bancos de capacitores son componentes cruciales en los sistemas de corrección del factor de potencia. Sus características técnicas están diseñadas específicamente para soportar los desafíos que presenta la conmutación de cargas capacitivas, principalmente las altas corrientes de inserción (inrush current).
1. Categoría de Empleo (AC-6b)
- Estándar IEC 60947-4-1: Esta
es la especificación más crítica. Los contactores para capacitores deben
cumplir con la categoría de empleo AC-6b.
- Significado de AC-6b: Esta
categoría está diseñada para la "conmutación de bancos de
capacitores". Implica que el contactor está construido para:
- Cerrar con una corriente de inserción muy alta (picos que pueden
ser hasta 100 o 200 veces la corriente nominal).
- Abrir con una corriente que puede ser ligeramente superior a la nominal (debido a la resonancia).
2. Resistencias de Precarga (o de Amortiguación)
- Principio de funcionamiento: Es la
característica distintiva. Incluyen contactos auxiliares de
precierre que conectan unas resistencias en serie con el banco
de capacitores unos milisegundos antes de que los contactos principales se
cierren.
- Función: Estas resistencias limitan la corriente
de inserción inicial, permitiendo una carga suave del capacitor. Una vez
que la corriente transitoria se ha amortiguado, los contactos principales
se cierran, cortocircuitando las resistencias y conectando el capacitor a
la red sin la limitación.
- Protección: Este proceso protege tanto los contactos del contactor como los capacitores del banco de las tensiones y corrientes transitorias.
3. Tensión Nominal de Operación (Ue)
- Rango: Similar a los contactores estándar, se especifican para tensiones de operación en corriente alterna (CA) comunes en redes industriales y comerciales, como 230V, 400V, 440V, 690V, etc. Es fundamental que coincida con la tensión del banco de capacitores y del sistema.
4. Potencia Reactiva Nominal (kVAR)
- Capacidad de Conmutación: Los
contactores para capacitores se especifican directamente por la potencia reactiva (kVAR) del banco de capacitores
que pueden conmutar a una tensión nominal específica (ej. 20 kVAR a 400V).
- Factores de sobredimensionamiento: Es importante considerar factores como:
- Armónicos: La presencia de
armónicos en la red puede aumentar la corriente que circula por los
capacitores.
- Tolerancia de tensión: La
tensión de la red puede ser superior a la nominal.
- Normas de capacitores: Los
capacitores suelen diseñarse para soportar hasta 1.15 veces su potencia
nominal.
- Por estas razones, el contactor debe ser capaz de soportar una corriente permanente que puede ser hasta 1.5 veces la corriente nominal del capacitor (IT=1.3×1.15×In≈1.5×In).
5. Corriente Nominal (In o Ie)
- Corriente continua: Aunque se prioriza el kVAR, también se especifica la corriente nominal continua que pueden manejar. Esta corriente suele ser la corriente máxima del capacitor en condiciones normales.
6. Vida Útil Eléctrica y Mecánica
- Ciclos de Operación:
Debido a la amortiguación de las corrientes de inserción, estos
contactores tienen una vida útil eléctrica
significativamente mayor que un contactor estándar utilizado
incorrectamente para la misma tarea. Se espera que soporten al menos
100.000 a 200.000 ciclos de operación bajo carga (conexión/desconexión de
capacitores).
- Frecuencia de Maniobra: Suelen tener una frecuencia máxima de maniobras por hora (ej., 120-240 ciclos/hora), lo que indica su aptitud para la conmutación frecuente en bancos automáticos.
7. Tensión del Circuito de Control (Bobina)
- Voltaje de la bobina (Uc): Similar a cualquier contactor, esta especificación indica la tensión necesaria para energizar la bobina de control (ej., 24V AC/DC, 110V AC, 220V AC, etc.). Es independiente de la tensión de los polos de potencia
8. Composición de Contactos (Polos y Auxiliares)
- Polos Principales:
Generalmente tripolares (3 NA) para la
conmutación de sistemas trifásicos.
- Contactos Auxiliares: Suelen incluir contactos auxiliares integrados (NO - Normalmente Abierto, NC - Normalmente Cerrado) para señalización o para integrar en el circuito de control del controlador del factor de potencia. Un arreglo común es 1 NA + 2 NC.
9. Estándares y Certificaciones
- Normativa: Deben cumplir con estándares internacionales como IEC 60947-4-1 (especialmente la categoría AC-6b) y otras normativas locales (ej., UL, CSA, CE).
10. Tipo de Montaje
- Flexibilidad: Generalmente diseñados para montaje en carril DIN de 35 mm o montaje directo en placa con tornillos, lo que facilita su instalación en gabinetes y tableros.
11. Resistencia a Corrientes de Cortocircuito
- Aunque su función principal no es la protección contra cortocircuitos (que recae en fusibles o disyuntores), el contactor debe ser capaz de soportar, sin dañarse, las corrientes de cortocircuito temporales que pueden presentarse en el punto de conexión hasta que la protección actúe.
12. Temperatura Ambiente de Operación
- Rangos: Se especifican rangos de temperatura ambiente en los que el contactor puede operar de manera confiable, generalmente de -25°C a +55°C o +60°C. Para temperaturas superiores, puede ser necesario un derating.
Las características técnicas de los contactores para bancos de capacitores están fuertemente orientadas a su capacidad para gestionar la naturaleza transitoria y las altas corrientes de inserción que se producen al conectar capacitores, asegurando la fiabilidad y prolongando la vida útil tanto del contactor como del banco capacitivo.
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