armónicas de la red eléctrica - casos prácticos
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Una empresa de consultoría profesional en proyectos de ingeniería Eléctrica
ARMONICAS: CASOS ARMONICAS: CASOS PRACTICOSPRACTICOS
Salvador Chávez Negrete Ing, M.C.Salvador Chávez Negrete Ing, M.C.
Guadalajara, MéxicoGuadalajara, México
16 Noviembre 201016 Noviembre 2010
WEBINARLeonardo Energy en Español
16 Noviembre 2010 – 9h00 México – 16h00 España
Una empresa de consultoría profesional en proyectos de ingeniería Eléctrica
TemarioTemario
1.TIPOS DE CARGA• Carga lineal • Carga no lineal
2.DISTORSIÓN ARMÓNICA EN VOLTAJE Y CORRIENTE
• Armónicas y transitorios• Voltaje, Corriente e Impedancia• Corriente monofásica y trifásica
3. EFECTOS DE LA CORRIENTE Y VOLTAJE ARMÓNICO
1. Efectos de distorsión en corriente2. Efectos de la distorsión en voltaje
Una empresa de consultoría profesional en proyectos de ingeniería Eléctrica
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0.000 0.002 0.003 0.005 0.006 0.008 0.010 0.011 0.013 0.014 0.016 0.018
Una carga lineal es aquella que demanda corriente en forma de onda sinusoidal. También puede definirse como aquella carga que al aplicársele un voltaje sinusoidal demanda corriente de la misma manera (sinusoidal).
Carga lineal
1.Tipos de carga1.Tipos de carga
Una empresa de consultoría profesional en proyectos de ingeniería Eléctrica
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0.000 0.002 0.003 0.005 0.006 0.008 0.010 0.011 0.013 0.014 0.016 0.018
Una carga no-lineal es aquella que demanda corriente en forma de onda no sinusoidal. También puede definirse como aquella carga que al aplicársele un voltaje sinusoidal demanda corriente de forma no sinusoidal.
Carga No lineal
1.Tipos de carga1.Tipos de carga
Una empresa de consultoría profesional en proyectos de ingeniería Eléctrica
Cargas linealesCargas lineales..
Capacitivas
* Capacitores para corrección de F.P.
Resistivas
* Hornos Eléctricos (resistencias), Iluminación Incandescente, etc.
Inductivas
* Motores, Transformadores, etc.
1.Tipos de carga1.Tipos de carga
Una empresa de consultoría profesional en proyectos de ingeniería Eléctrica
No linealesNo lineales
Saturables
Transformadores y reactores
Electrónicas (Fuentes de poder)
De Arco
Soldadoras, Hornos de arco, iluminación fluorescente.
1.Tipos de carga1.Tipos de carga
Una empresa de consultoría profesional en proyectos de ingeniería Eléctrica
No lineales, ElectrónicasNo lineales, Electrónicas
Monofásicas:
• Computadoras, Balastro Electrónicos
Trifásicas:
Variadores de velocidadVariadores de frecuencia (Drives de CA)
Rectificadores (Drives de CD)UPS
1.Tipos de carga1.Tipos de carga
Una empresa de consultoría profesional en proyectos de ingeniería Eléctrica
1.Tipos de carga1.Tipos de carga
Una empresa de consultoría profesional en proyectos de ingeniería Eléctrica
Armónicas y transitorios . . .Armónicas y transitorios . . .
En este punto hay cierta confusión las armónicas no son transitorios. Un transitorio es un disturbio en el voltaje de alimentación que dura menos de medio ciclo y que inicialmente tiene la misma polaridad que el voltaje normal, de tal manera que el disturbio se suma a la forma de onda nominal; este fenómeno es ocasionado por maniobras y/o por descargas atmosféricas.
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0
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-0.05 -0.025 0 0.025 0.05
tiempo (s)vo
ltaje
(V
)
THS 710, 5 de Oct. de 1995, all, jarp, atp.
ARMÓNICASARMÓNICAS TRANSITORIOTRANSITORIO
2. Distorsión armónica en voltaje y corriente2. Distorsión armónica en voltaje y corriente
Una empresa de consultoría profesional en proyectos de ingeniería Eléctrica
Voltaje, Corriente e ImpedanciaVoltaje, Corriente e Impedancia
Si la corriente que demanda la carga es lineal, la forma de onda de voltaje a la salida no se va a ver afectado. Pero si la corriente que demanda la carga es no-lineal, la forma de onda de voltaje a la salida puede o no ser distorsionada. El elemento común que enlaza a la corriente y al voltaje en la producción de la distorsión armónica es la impedancia.
Impedancia = RXL +
2. Distorsión armónica en voltaje y corriente2. Distorsión armónica en voltaje y corriente
Una empresa de consultoría profesional en proyectos de ingeniería Eléctrica
Voltaje, Corriente e ImpedanciaVoltaje, Corriente e Impedancia
La distorsión de voltaje esta en función de la impedancia de la fuente y de la forma que demanda la corriente a través de la impedancia.
La impedancia de la fuente es igual al cambio del voltaje producido por el incremento en el cambio de corriente:
Z= V / I ; V= Z x I
La formula de la reactancia inductiva (XL) es: XL= 2 f LA mayor f mayor XL
y mayor caída de voltaje.
f= frecuencia
L= inductancia
2. Distorsión armónica en voltaje y corriente2. Distorsión armónica en voltaje y corriente
Una empresa de consultoría profesional en proyectos de ingeniería Eléctrica
Corriente No Lineal (Carga Monofásica)Corriente No Lineal (Carga Monofásica)
-2
-1
0
1
2
0.000 0.002 0.003 0.005 0.006 0.008 0.010 0.011 0.013 0.014 0.016 0.018
La onda de la computadora tiene el siguiente espectro:Fundamental 100%
3a armónica 50%
5a armónica 15%
7a armónica 5%
9a armónica 3%%THDI = 52.5
2. Distorsión armónica en voltaje y corriente2. Distorsión armónica en voltaje y corriente
Una empresa de consultoría profesional en proyectos de ingeniería Eléctrica
Corriente No Lineal (Carga Trifásica)Corriente No Lineal (Carga Trifásica)
Convertidores de 6 y 12 pulsos:
De acuerdo con el número de pulsos del convertidor podemos saber sus armónicas características, en base a la siguiente formula:
h= kn±1Donde:
h Representa la armónica característica del convertidor
n Representa el numero de pulsos del convertidor
k Contador de 1 en adelante
2. Distorsión armónica en voltaje y corriente2. Distorsión armónica en voltaje y corriente
Una empresa de consultoría profesional en proyectos de ingeniería Eléctrica
Corriente No Lineal (Carga Trifásica)
2. Distorsión armónica en voltaje y corriente2. Distorsión armónica en voltaje y corriente
Una empresa de consultoría profesional en proyectos de ingeniería Eléctrica
Corriente No Lineal (Carga Trifásica)Corriente No Lineal (Carga Trifásica)
Equipo de Medición:
PowerSight
Energy Analizer
Drive con convertidor de seis pulsos (Corriente)
Forma de Onda
2. Distorsión armónica en voltaje y corriente2. Distorsión armónica en voltaje y corriente
Una empresa de consultoría profesional en proyectos de ingeniería Eléctrica
Corriente No Lineal (Carga Trifásica)Corriente No Lineal (Carga Trifásica)
Drive con convertidor de seis pulsos (Corriente)
Espectro Armónico
Gráfico
Equipo de Medición:
PowerSight
Energy Analizer
2. Distorsión armónica en voltaje y corriente2. Distorsión armónica en voltaje y corriente
Una empresa de consultoría profesional en proyectos de ingeniería Eléctrica
Corriente No Lineal (Carga Trifásica)Corriente No Lineal (Carga Trifásica)
Drive con convertidor de seis pulsos (Corriente)
Espectro Armónico
Tabulado
Equipo de Medición:
PowerSight
Energy Analizer
2. Distorsión armónica en voltaje y corriente2. Distorsión armónica en voltaje y corriente
Una empresa de consultoría profesional en proyectos de ingeniería Eléctrica
Corriente No Lineal (Carga Trifásica)Corriente No Lineal (Carga Trifásica)
Drive con convertidor de seis pulsos (Corriente)
Efecto en Voltaje
Equipo de Medición:
PowerSight
Energy Analizer
2. Distorsión armónica en voltaje y corriente2. Distorsión armónica en voltaje y corriente
Una empresa de consultoría profesional en proyectos de ingeniería Eléctrica
Sobrecalentamiento en conductores
•Mayor corriente RMS
•Mayor impedancia
Operación de Dispositivos de protección
Corrientes por el Neutro
Daño en transformadores
Daño en Capacitores
Resonancia
3. Efecto de la distorsión armónica3. Efecto de la distorsión armónica
Efecto de la distorsión armónica en voltaje y corriente
Una empresa de consultoría profesional en proyectos de ingeniería Eléctrica
Operación de los dispositivos de protección:
• Interfiere con el disparo en los interruptores y con equipo de protección
3. Efecto de la distorsión armónica3. Efecto de la distorsión armónica
Una empresa de consultoría profesional en proyectos de ingeniería Eléctrica
Interruptor 30Amp, cable calibre 6AWG, Temperatura del interruptor 65oC, con una corriente de 17.3Amps con un THDi=68.5%, y Factor de potencia de 0.81
Interruptor 30Amp, cable calibre 6AWG, Temperatura del interruptor 65oC, con una corriente de 17.3Amps con un THDi=68.5%, y Factor de potencia de 0.81
3. Efecto de la distorsión armónica3. Efecto de la distorsión armónica
Una empresa de consultoría profesional en proyectos de ingeniería Eléctrica
Interruptor de 15AmpCable calibre 8AWGTemperatura del interruptor de 45oC, con una corriente de 15.1Amp, THDi=36%. Y Factor de potencia de 0.92
Interruptor de 15AmpCable calibre 8AWGTemperatura del interruptor de 45oC, con una corriente de 15.1Amp, THDi=36%. Y Factor de potencia de 0.92
3. Efecto de la distorsión armónica3. Efecto de la distorsión armónica
Una empresa de consultoría profesional en proyectos de ingeniería Eléctrica
Corrientes por el Neutro
Las corrientes a 60 Hz se cancelan en un sistema trifásico (las fases tienen 120° de defasamiento)
Las corrientes de la tercera armónica y sus múltiplos (6a., 9a., 12a.,…) se suman en el neutro del sistema trifásico (presentan 0° de defasamiento)
3. Efecto de la distorsión armónica3. Efecto de la distorsión armónica
Una empresa de consultoría profesional en proyectos de ingeniería Eléctrica
Corrientes por Neutro
Sistema Trifásico
3. Efecto de la distorsión armónica3. Efecto de la distorsión armónica
Una empresa de consultoría profesional en proyectos de ingeniería Eléctrica
Efecto de las Corrientes ArmónicasEfecto de las Corrientes Armónicas
Corrientes por el Neutro
3. Efecto de la distorsión armónica3. Efecto de la distorsión armónica
Una empresa de consultoría profesional en proyectos de ingeniería Eléctrica
Corrientes por el Neutro
Efecto de las Corrientes ArmónicasEfecto de las Corrientes Armónicas
3. Efecto de la distorsión armónica3. Efecto de la distorsión armónica
Una empresa de consultoría profesional en proyectos de ingeniería Eléctrica
Daño en Transformadores.
Reduce la capacidad del transformador debido a
las perdidas por resistencia y por el aumento de la
inductancia.
Mayor temperatura.
Efecto de las Corrientes ArmónicasEfecto de las Corrientes Armónicas
3. Efecto de la distorsión armónica3. Efecto de la distorsión armónica
Una empresa de consultoría profesional en proyectos de ingeniería Eléctrica
Factor K
También conocido como Factor de distribución armónico, se utiliza como índice en el diseño de equipos (transformadores).
Los transformadores con Factor K están diseñados para trabajar bajo un ambiente armónico.
El factor K se diseña en función del contenido armónico de la carga no lineal del circuito que alimenta el transformador
Efecto de las Corrientes ArmónicasEfecto de las Corrientes Armónicas
3. Efecto de la distorsión armónica3. Efecto de la distorsión armónica
Una empresa de consultoría profesional en proyectos de ingeniería Eléctrica
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Calculo del Factor K:
3. Efecto de la distorsión armónica3. Efecto de la distorsión armónica
Una empresa de consultoría profesional en proyectos de ingeniería Eléctrica
Daño en Capacitores Degradación de los bancos de capacitores
La impedancia de un capacitor es XC = 1/(2 f c)
Por lo que se convierte en un camino excelente para las altas frecuencia
Sin embargo los capacitores no generan armónicas, RESONANCIA
Efecto de las Corrientes ArmónicasEfecto de las Corrientes Armónicas
3. Efecto de la distorsión armónica3. Efecto de la distorsión armónica
Una empresa de consultoría profesional en proyectos de ingeniería Eléctrica
Daño en Motores….
5ª Armónica, efecto del par de secuencia
negativa
Incrementa el calentamiento de los cables
y bobinas
Efecto de la distorsión en VoltajeEfecto de la distorsión en Voltaje
Daño en Fuentes y Drives
Fallas en los elementos de los
rectificadores
3. Efecto de la distorsión armónica3. Efecto de la distorsión armónica
Una empresa de consultoría profesional en proyectos de ingeniería Eléctrica
Filtros Armónicos
Relocalización de bancos de capacitores
Transformadores con Factor K
Considerar las armónicas en el diseño y cableado de la instalación eléctrica y equipos a utilizar
4. Solución a problemas de armónicas4. Solución a problemas de armónicas
Una empresa de consultoría profesional en proyectos de ingeniería Eléctrica
GRACIAS!Salvador Chávez Negrete, MC,IngIngeniería y Consultoría Avanzada en Soluciones de EnergíaGuadalajara Jal, MéxicoTel: 52 (33) 31224886Nextel: 33 11366684 ID: 52*222*5481schavez@icase.com.mx
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