¿Por qué las baterías se conectan en triángulo?

En el artículo que se explicó cómo se compensa la energía reactiva, un lector quería saber cómo se conectan las baterías de condensadores. Prometí responder y, aunque algo tarde, este artículo intenta aclarar esa duda.

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Ya se han explicado las características más importantes que tiene una batería de condensadores, sobre todo pensando en la compra de una, pero no se ha explicado cómo son por dentro. No es el cometido principal de este artículo, pero para poder llegar al fin del mismo se necesitan tener ciertas nociones de cómo son.

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CÓMO ES UN CONDENSADOR

Como se vio en el artículo de las características, las baterías están compuestas de “escalones”, que no son más que condensadores trifásicos que se conectan y desconectan de la instalación según las necesidades de compensación de reactiva. Cada condensador, está compuesto por láminas de material conductor enrolladas sobre si mismas formando una espiral y, entre medias un material dieléctrico. En muchos casos derivados poliméricos. Es como hacer un Dürüm, pero en vez de pan, láminas conductoras y, en vez de la mezcla de comida, material dieléctrico. Se montan tres rollos que se encierran dentro de una carcasa metálica. Los huecos se rellenan de Vermiculita.

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Para que sea trifásico, se le instalan tres bornes de conexión, que, como puede ver en la imagen (click para ampliar), están conectados a cada uno de los tres “rollos”. Entre sí, se conectan “todos con todos” de modo que internamente formen un triángulo. Así al conectarlo en la instalación la diferencia de potencial entre cada una de las fases hará que la corriente fluja a través de él y, se produzca la compensación (En futuros artículos se explicará por qué se produce la compensación en más profundidad).

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Una batería de condensadores está compuesta por varios de éstos, que se llaman en el argot “escalones”, que están conectados en paralelo, sometidos a la tensión de la instalación al entrar en servicio y, sumando las corrientes “correctoras” que aportan cada uno.

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CONEXIÓN DE LA BATERÍA EN ESTRELLA

Visto cómo se conecta un condensador internamente, se explicará cómo se conectará en la instalación que se desea compensar. Como todos los condensadores se conectan en paralelo, eléctricamente habrá uno, resultante de la suma de capacidades de todos, por cada una de las fases.

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En el esquema adjunto podrá ver cómo resultaría la conexión en estrella de estos condensadores. Se conectaría el neutro de la estrella para que coincidiera con el de la instalación y evitar diferencias de potencia entre ambos. Fíjese en la tensión a la que está sometido cada condensador. Pinche sobre la imagen para ampliar.

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Cada “bote” está conectado entre neutro y fase, con lo que estará a una tensión de 230 V. Siempre entre el conductor azul y otro.

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Ante las preguntas: ¿Este sistema es válido? ¿Funcionaría?. Sólo hay una respuesta: Si, todo funcionaría.

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CONEXIÓN DE LA BATERÍA EN TRIÁNGULO

Visto cómo se conectaría en estrella, ahora se verá el resultado en triángulo. Según se explicó al describir un condensador internamente, éstos se conectan en triángulo, en las instalaciones trifásicas. Con lo que este esquema es el correcto, el que utilizan todos los fabricantes.

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Igual que en el caso de la estrella, debe fijarse en las tensiones a las que se somete cada condensador. En este caso no existe neutro en la batería de condensadores, con lo que cada “rollo” dentro de cada “escalón” estará conectado entre dos fases, o lo que es lo mismo, estará a 400 V.

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Esta solución, al igual que la otra, también funciona. Entonces ¿Por qué se conectan en triángulo?

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¿POR QUÉ SE CONECTAN EN TRIÁNGULO?

Está claro que la decisión no atiende a criterios de operatibilidad y funcionalidad. Como la mayoría de todas las decisiones, es económica. Realizar un “escalón” que internamente esté conectado en triángulo es más laborioso ya que las conexiones son más complejas, pero se usa menos material y, es lo más caro de una batería, la materia prima.

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El material conductor que se suele usar es Zinc, que igual que el Cobre o el Hierro, tienen un precio muy variable.

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Si leyó el artículo anterior que dediqué a las características más destacadas de una batería de condensadores recordará que un parámetro importante era la tensión a la que la batería compensaba la potencia reactiva nominal indicada por el fabricante. Recordará que para dos baterías de igual potencia nominal, por ejemplo 10 kVAr y, tensiones nominales de 400 V y 440 V, montadas en la misma instalación, la de 440 V tenía un 10% menos de capacidad de compensación.

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Para desarrollar la misma potencia compensatoria, si la batería se somete a una tensión mayor tendrá que soportar menor corriente. Cuanto mayor es la corriente más Zinc ha de tener la batería para evitar las pérdidas por el Efecto Joule. La energía convertida en calor y, por lo tanto perdida por el Efecto Joule, depende del cuadrado de la corriente y de la resistencia del material.

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Q=I^2.R.t

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Con lo que para evitar esas pérdidas, que evitan que el condensador compense la reactiva deseada, hay que reducir la corriente, primeramente, ya que por cada 2 A que se reduce, las pérdidas de dividen por 4. Y luego la resistencia. Para reducir la resistencia sólo queda elegir otro material por otro más conductor o aumentar la superficie de éste, lo que implica un incremento en el coste.

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Así que ante cablear la batería de un modo u otro o encarecer el material, la decisión es clara. Se conectan con el sistema que permite estar a los condensadores sometidos a la tensión más alta, admisible, dentro de la instalación. Esta configuración es la de Triángulo.

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¿ES MUY GRANDE LA DIFERENCIA?

Sí es grande. Si se usa la batería del ejemplo de 10 kVA y, los cálculos que ya se vieron en el artículo de las características más destacadas de una batería de condensadores se verá:

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Q=V.I.{\sqrt{3}}.Sen(\varphi)

10kVAr=400.I_{1}.{\sqrt{3}}.Sen(\varphi)

10kVAr=230.I_{2}.{\sqrt{3}}.Sen(\varphi)

Igualando las dos expresiones:

230.I_{2}.{\sqrt{3}}.Sen(\varphi)=400.I_{1}.{\sqrt{3}}.Sen(\varphi)

1,739.I_{1}=I_{2}

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Esto quiere decir, que para compensar la misma reactiva, una batería conectada en estrella tendrá que soportar casi un 174% de la corriente que tendría que soportar una en triángulo. Que la batería esté preparada para soportar esa corriente la hace más cara.

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ÍNDICE – ENERGÍA REACTIVA

1- Qué es el coseno de phi y cómo se compensa

2- Diferencias entre el coseno de phi y el factor de potencia

3-  Baterías de Condensadores: Características más importantes

4- ¿Por qué se conectan en triángulo y no en estrella?

5- ¿Por qué compensar la reactiva? Reducción de costes

6- ¿Dónde compensar?

7- Compensación fija y automática

8- ¿Cómo conectar?

9- ¿Cuando usar batería con filtros de armónicos?

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Imágenes: [1] [2] [3]  Creative Commons License credit: Valles para Quinto Armónico

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