Universidad Tecnológica De Panamá

Centro Regional de Azuero

Investigación #3

Asignatura

Instalación de Equipos Especiales

Profesor

Juan Arosemena

Estudiante

Tema

Supresión De Armónicos

Manuel Núñez 7-708-2091

Fecha de Entrega

21-10-2015

Introducción.

Hoy en día existe un sinnúmero de aparatos electrónicos Fuentes de alimentación, Sistemas de Alimentación Ininterrumpida (UPS), variadores de velocidad de motores, arrancadores suaves reactancias de arranque de alumbrado fluorescente, convertidores de potencia…que utilizamos a diario incluso en nuestros hogares para facilitarnos el trabajo para ahorrar tiempo. No obstante, nos han acarreado un grave problema para la distribución y consumo de electricidad: los armónicos de corriente eléctrica.

Se puede decir que los armónicos son una malformación de la señal eléctrica (frecuencia) debido a todos estos dispositivos electrónicos que consumen energía eléctrica de una forma no lineal.

¿Qué son los Armónicos?

Las cargas no lineales tales como: rectificadores, inversores, variadores de velocidad, hornos, etc; absorben de la red corrientes periódicas no senoidales.

Estas corrientes están formadas por un componente fundamental de frecuencia 50 ó 60 Hz, más una serie de corrientes superpuestas de frecuencias, múltiplos de la fundamental, que denominamos ARMÓNICOS.

El contenido de Armónicos en corriente genera una sobrecarga, ya que el valor de la corriente rms aumenta según esta relación:

Un filtro activo elimina esta corriente adicional, reduciendo también las perdidas en transformadores y conductores, de esta manera se ahorra energía en la instalación

Efectos de los armónicosLos principales efectos de los armónicos de tensión y corriente en un sistema de potencia se pueden citar:

La posibilidad de amplificación de algunos armónicos como consecuencia de resonancia serie y paralelo.

La reducción en el rendimiento de los sistemas de generación, transporte y utilización de la energía.

El envejecimiento del aislamiento de los componentes de la red y, como consecuencia, la reducción de la energía.

Información necesaria para

Un estudio de armónicos1-Esquema:

En el esquema hay que mostrar:

• Puntos donde se han realizado las medidas con el analizador de redes

• Distribución de cargas

2-Datos generales:

• Diagrama unifilar de la instalación

• Señalización de puntos de medida

• Tipo de proceso de la industria

3-Cuadro general:

• Medida de las potencias activa y reactiva

• Medida de armónicos

• Si existe batería de condensadores

4-Cargas:• Mediciones en bornes de cargas de convertidores de potencia

• Mediciones en bornes de cargas de otros generadores

• Descripción del tipo de carga:

* Iluminación de descarga

* Máquinas de soldadura

*Ordenadores

*Otras

Principio de funcionamiento del Filtro activo de armónicos

El sistema de corrección de potencia inyecta corriente armónica y reactiva para limitar la distorsión y mejorar el factor de potencia total para el sistema de distribución de energía eléctrica en cualquier instalación. El filtro mide la corriente total de carga del sistema, determina la componente fundamental e inyecta a la red la componente armónica en fase opuesta, de tal forma que los armónicos quedan cancelados. La lógica de amplio espectro del filtro no se enfoca en frecuencias específicas, sino que más bien crea una forma de onda en tiempo real sobre la base de los aportes de sus circuitos de detección, independientemente de las frecuencias que la corriente de carga no lineal contiene.

El filtro supervisa la carga a través de transformadores de corriente montados en la línea de alimentación de la carga en cuestión. Esta información es analizada por la lógica para determinar la magnitud de la corrección a inyectar por el equipo en las líneas de AC.

La mayoría de los filtros activos de armónicos están diseñados con dos tipos de sistemas de control.

Uno utiliza la Transformada Rápida de Fourier (FFT) para calcular el ángulo de fase y amplitud de cada orden de armónico. La electrónica de potencia está dirigida a producir una corriente de igual amplitud pero ángulo de fase opuesto para órdenes de armónicos específicos. Esto limita la respuesta a pedidos específicos de armónicos y puede requerir hasta dos o más ciclos (> 33 milisegundos) antes de responder.

El otro sistema de control es llamado un completo cancelador de espectro.

Este esquema de control no realiza FFT. Los algoritmos de control son analógicos. La lógica adquiere la muestra de corriente desde el transformador, remueve la componente de la frecuencia fundamental e inyecta la corrección en algunos cientos de microsegundos. De esta manera, todos los “ruidos” no-fundamentales se retiran de la red eléctrica. Este “ruido” puede contener frecuencias no enteras, también conocidas como interarmónicos.

Determinación del Tamaño de la UnidadPara una instalación nueva o una existente de la que se conozcan las cargas no lienales, se utiliza la hoja de cálculo en Excel disponible en www.schneider-electric.com.co para determinar el filtro activo adecuado en función de los objetivos de TDD deseados en la planta.

Por ejemplo, una instalación industrial desea satisfacer el nivel de Distorsión de Demanda Total (TDD) del 8%, por problemas de interferencia. Recogemos la información del sistema de la siguiente manera:

El Programa de Selección del filtro AccuSine calcula que, a fin de cumplir con requisito del 8% TDD, es obligatorio un PCS-AccuSine nominal de 245.9A RMS. En este caso, debe ser especificada una unidad de 300A nominal (en este ejemplo, puede lograrse un 5% TDD debido a que 300A es la unidad seleccionada, o se puede obtener una capacidad VAR de compensación adicional).

EjemploCaso de estudio

Introducción

En una importante compañía de extrusión en la ciudad de panamá con más de 21 años de liderazgo en el mercado de tubería de alta presión para gas y agua, se presentó un problema de compatibilidad electromagnética debido al alto contenido de armónicos que generaba una de las líneas de extrusión. En este caso de estudio se analizan los antecedentes y se documenta los beneficios de la instalación de un filtro.

Antecedentes y cálculos

El primer paso consistió en la elaboración de un análisis que permitiera recoger los datos para el dimensionamiento del equipo. A continuación se muestran las tendencias de THD en corriente y tensión, así como el perfil de carga para la línea de extrusión en estudio:

Mediante la siguiente fórmula es posible estimar la corriente rms armónica, es decir la componente efectiva relacionada con las frecuencias no fundamentales:

El filtro activo compensa simultáneamente los armónicos y los reactivos mediante inyección dinámica de corriente. La capacidad total de inyección del filtro está dada por la siguiente relación:

Así, se estima la corriente equivalente necesaria para compensar los 150kVAR que absorbe la carga, asumiendo un factor de potencia objetivo unitario:

De esta forma para esta aplicación se eligió un filtro activo Accusine de 300 amperios. Los cálculos se pueden comprobar con la herramienta de cálculo disponible en www.schneider-electric.com.co

Resultados Con los resultados se evidencia los beneficios del filtro activo desde el instante mismo de ponerlo en operación. El resumen de variables se muestra en la siguiente tabla:

• La corriente rms total disminuye dramáticamente ya que se elimina la componente adicional que generan los armónicos. De esta forma disminuyen las pérdidas por calentamiento en conductores y devanados, las pérdidas en núcleo de transformador, consiguiendo importantes ahorros de energía.

• La instalación cumple con todos los requisitos de compatibilidad electromagnética y normas aplicables sobre contaminación armónica.

• El desempeño del equipo es totalmente independiente del nivel de carga de la instalación.

INTRODUCCION

Los armónicos son un problema que cada vez afecta más la calidad de la energía debido a que cada vez demandamos más productos tecnológicos que tienen un consumo no lineal el cual produce un sinnúmero de problemas los más comunes es el mencionado efecto piel conocido también como perdidas de joule y caídas de voltaje además de reducir la vida útil de los mismo.

Hoy en día se cuenta con una variedad de productos para darle solución a este problemas existen dos formas de suprimir dicho problema puede ser de modo individual que trata de eliminar los armónicos desde la fuente que los produce en este sistema se utiliza mucho las reactancias desintonizadores las cuales eliminan hasta un 60% el problema son usadas a menudo para proteger los bancos de potencia reactiva. Otra manera seria la global la cual se instala en paralelo a la carga los filtros activos inyectan a la red la componente armónica en fase opuesta, de tal forma que los armónicos quedan cancelados hay que tener en cuenta que para realizar un trabajo técnico de este tipo se debe contar con un analizador de red para poder obtener los datos que nos sirvieran para calcular la corriente armónica producida de esta manera podemos dimensionar el filtro.