filtros pasivos 2012
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Filtros PasivosFiltros Pasivos
Eduardo P. Wiechmann (Ph.D.)
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Los SPIs deben entregar energa de calidad aLos SPIs deben entregar energa de calidad alos diversos procesos productivos.los diversos procesos productivos.
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..--
Los SPIs deben entregar energa de calidad aLos SPIs deben entregar energa de calidad alos diversos procesos productivos.los diversos procesos productivos.
La regulacin de voltaje y la distorsin armnicaLa regulacin de voltaje y la distorsin armnica
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Los SPIs deben entregar energa de calidad aLos SPIs deben entregar energa de calidad alos diversos procesos productivos.los diversos procesos productivos.
La regulacin de voltaje y la distorsin armnicaLa regulacin de voltaje y la distorsin armnica
Para mejorar el factor de potencia (regulacin dePara mejorar el factor de potencia (regulacin de
voltaje) y reducir la inyeccin de armnicas, sevoltaje) y reducir la inyeccin de armnicas, sepueden utilizar filtros sintonizados.pueden utilizar filtros sintonizados.
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Confiabilidad y DisponibilidadConfiabilidad y Disponibilidad Desempeo (Performance) y EficienciaDesempeo (Performance) y Eficiencia
Red LimpiaRed Limpia
Tendencias Tecnol icasTendencias Tecnol icas Incorporacin masiva de convertidores de frecuencia (sobreIncorporacin masiva de convertidores de frecuencia (sobre
90%).90%).
Equipos de media tensin en potencias sobre 600 kWEquipos de media tensin en potencias sobre 600 kW
Soluciones IndustrialesSoluciones Industriales Sistemas Multipulso por orientacin vectorial de subestacionesSistemas Multipulso por orientacin vectorial de subestaciones
. . Sistemas de Proteccin HRGSistemas de Proteccin HRG Sistemas 3/1Sistemas 3/1
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Ejemplo de solucin IndustrialEjemplo de solucin Industrial
Configuracin Subestaciones N 3 y N 4 Roll Former N 3,potencia total 18 MVA. MOLY - COP CHILE S.A., 19 de Enero de 2005,Realizada por: Eduardo P. Wiechmann (Ph.D)
Distorsin de corriente actual
0
2
4
agnitud[pu]
iactual
0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035-4
-
Tiempo (s)
10
ntal]
Estandar
2
4
6
8
nitud[%F
undam
e
11th
13th
23th 25th
THD=7.72% iactual
0 5 10 15 20 25 300M
a
Orden de Armnicas
Corriente de Fase y Espectro con Forja N 6 en operacin.
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-15
+15
6p
6p
+15
6p
-15
6p
DIAGRAMA SUBESTACIONES
PARA
Planta Mejillones
MOLY - COP CHILE
Eduardo Wiechmann F.
ARCHIVO
TRAFOS Delta / Zig-Zag 15
ESCALA S/ESCALA PLANO 1 de 1
Roll Former N 3
FECHA 18 de Enero de 2005
DIBUJO
REVISO
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Factor de Potencia Unitario.Distorsin de Voltaje 2%.Solucin Confiable, Simple, Robusta, Implementable con tecnologa
Nacional, de mnimo costo y mxima eficiencia.
0
5
gnitud
[pu]
ipropuesta
0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035
-5
Tiempo (s)
M
10
ntal)
2
4
6
8
gnitud(%F
undam
e
11th 13th
23th 25th
THD=3.32% ipropuesta
Corriente de fase y Espectro Con Forja N 6 y Roll Former N 3 en operacin
0 5 10 15 20 25 300M
Orden de Armnicas
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2.2.-- Factor de PotenciaFactor de Potencia RegulacinRegulacin
de Voltajede Voltaje DistorsinDistorsin
Normas, reglamentos y prcticas recomendadasNormas, reglamentos y prcticas recomendadasson relevantes para el buen funcionamiento deson relevantes para el buen funcionamiento de
. .
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2.2.-- Factor de PotenciaFactor de Potencia RegulacinRegulacin
de Voltajede Voltaje DistorsinDistorsin
Normas, reglamentos y prcticas recomendadasNormas, reglamentos y prcticas recomendadasson relevantes para el buen funcionamiento deson relevantes para el buen funcionamiento de
. .
reactivos opera con mala regulacin de voltaje.reactivos opera con mala regulacin de voltaje.
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2.2.-- Factor de PotenciaFactor de Potencia RegulacinRegulacin
de Voltajede Voltaje DistorsinDistorsin
Normas, reglamentos y prcticas recomendadasNormas, reglamentos y prcticas recomendadasson relevantes para el buen funcionamiento deson relevantes para el buen funcionamiento de
. .
reactivos opera con mala regulacin de voltaje.reactivos opera con mala regulacin de voltaje.
La frecuencia de oscilacin natural vara deLa frecuencia de oscilacin natural vara deacuerdo al sistema y a las componentesacuerdo al sistema y a las componentes
..
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Interrelacin entreInterrelacin entre
FPFP -- Regulacin de VoltajeRegulacin de Voltaje DistorsinDistorsin
Una solucin para la compensacin del factor deUna solucin para la compensacin del factor depotencia es el uso de condensadores sintonizados opotencia es el uso de condensadores sintonizados o
..
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Interrelacin entreInterrelacin entre
FPFP -- Regulacin de VoltajeRegulacin de Voltaje DistorsinDistorsin
Una solucin para la compensacin del factor deUna solucin para la compensacin del factor depotencia es el uso de condensadores sintonizados opotencia es el uso de condensadores sintonizados o
. .
potencia y filtrar el contenido armnico del sistema.potencia y filtrar el contenido armnico del sistema.
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Interrelacin entreInterrelacin entre
FPFP -- Regulacin de VoltajeRegulacin de Voltaje DistorsinDistorsin
Una solucin para la compensacin del factor deUna solucin para la compensacin del factor depotencia es el uso de condensadores sintonizados opotencia es el uso de condensadores sintonizados o
..
potencia y filtrar el contenido armnico del sistema.potencia y filtrar el contenido armnico del sistema.
Los reactores de sintona permiten limitar laLos reactores de sintona permiten limitar lacorrientes de inrush al conectar las etapas de uncorrientes de inrush al conectar las etapas de un
..
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Ejemplo: Compensacin de factor de potenciaEjemplo: Compensacin de factor de potencia
Se requiere compensar potencia reactivaSe requiere compensar potencia reactivaajustable entre 5 a 25 MVA.ajustable entre 5 a 25 MVA.
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Ejemplo: Compensacin de factor de potenciaEjemplo: Compensacin de factor de potencia
Se requiere compensar potencia reactivaSe requiere compensar potencia reactivaajustable entre 5 a 25 MVA.ajustable entre 5 a 25 MVA.
Normalmente los sistemas de distribucinNormalmente los sistemas de distribucin
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Ejemplo: Compensacin de factor de potenciaEjemplo: Compensacin de factor de potencia
Se requiere compensar potencia reactivaSe requiere compensar potencia reactivaajustable entre 5 a 25 MVA.ajustable entre 5 a 25 MVA.
Normalmente los sistemas de distribucinNormalmente los sistemas de distribucin
Existen cargas no lineales (convertidoresExisten cargas no lineales (convertidores
estticos) que inyectan armnicas al sistema.estticos) que inyectan armnicas al sistema.
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Ejemplo:Ejemplo: Impedancia armnica yImpedancia armnica y
resonanciaresonancia
Efecto del aumento progresivo de la potencia compensada
con condensadores en una barra de 380[V].
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Distorsin de volta eDistorsin de volta e
Un sistema con equipos rectificadores, produce unaUn sistema con equipos rectificadores, produce unadistorsin de voltaje. Esta variar al conectardistorsin de voltaje. Esta variar al conectarcondensadores o filtros de armnicas.condensadores o filtros de armnicas.
Variacin Espectro Armnico Alto Paran
7
8
4
5
6
Actual
Condensadores
0
1
2
Espectro del voltaje del sistema actual y del sistema con las distintas soluciones.
3 5 7 11 13 17 19 23 25 29 31 35 37 41 43 47 49
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3.3.-- Diseo dimensionamiento de filtrosDiseo dimensionamiento de filtrossintonizados de etapas mltiples.sintonizados de etapas mltiples.
Se deben considerar al menos los siguientesSe deben considerar al menos los siguientesparmetros;parmetros;
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3.3.-- Diseo dimensionamiento de filtrosDiseo dimensionamiento de filtrossintonizados de etapas mltiples.sintonizados de etapas mltiples.
Se deben considerar al menos los siguientesSe deben considerar al menos los siguientesparmetros;parmetros;
Perfil de consumo de potencias activa y reactivaPerfil de consumo de potencias activa y reactiva
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3.3.-- Diseo dimensionamiento de filtrosDiseo dimensionamiento de filtrossintonizados de etapas mltiples.sintonizados de etapas mltiples.
Se deben considerar al menos los siguientesSe deben considerar al menos los siguientesparmetros;parmetros;
Perfil de consumo de potencias activa y reactivaPerfil de consumo de potencias activa y reactiva
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3.3.-- Diseo dimensionamiento de filtrosDiseo dimensionamiento de filtrossintonizados de etapas mltiples.sintonizados de etapas mltiples.
Se deben considerar al menos los siguientesSe deben considerar al menos los siguientesparmetros;parmetros;
Perfil de consumo de potencias activa y reactivaPerfil de consumo de potencias activa y reactiva
Perfil de distorsin armnica de corriente y voltajePerfil de distorsin armnica de corriente y voltaje
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3.3.-- Diseo dimensionamiento de filtrosDiseo dimensionamiento de filtrossintonizados de etapas mltiples.sintonizados de etapas mltiples.
Se deben considerar al menos los siguientesSe deben considerar al menos los siguientesparmetros;parmetros;
Perfil de consumo de potencias activa y reactivaPerfil de consumo de potencias activa y reactiva
Perfil de distorsin armnica de corriente y voltajePerfil de distorsin armnica de corriente y voltaje
Armnicas resentes en el sistemaArmnicas resentes en el sistema
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3.3.-- Diseo dimensionamiento de filtrosDiseo dimensionamiento de filtrossintonizados de etapas mltiples.sintonizados de etapas mltiples.
Se deben considerar al menos los siguientesSe deben considerar al menos los siguientesparmetros;parmetros;
Perfil de consumo de potencias activa y reactivaPerfil de consumo de potencias activa y reactiva
Perfil de distorsin armnica de corriente y voltajePerfil de distorsin armnica de corriente y voltaje
Armnicas resentes en el sistemaArmnicas resentes en el sistema
Caractersticas de las cargas ms importantes delCaractersticas de las cargas ms importantes del
sistemasistema
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Mejorar la regulacin de voltajeMejorar la regulacin de voltaje
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Mejorar la regulacin de voltajeMejorar la regulacin de voltaje
Reducir el consumo de potencia reactivaReducir el consumo de potencia reactiva
-
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Mejorar la regulacin de voltajeMejorar la regulacin de voltaje
Reducir el consumo de potencia reactivaReducir el consumo de potencia reactiva
e uc r a s ors n e vo a ee uc r a s ors n e vo a e
-
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Mejorar la regulacin de voltajeMejorar la regulacin de voltaje
Reducir el consumo de potencia reactivaReducir el consumo de potencia reactiva
e uc r a s ors n e vo a ee uc r a s ors n e vo a e
suministrosuministro
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Consumo de Potencia Actual
40.0
45.0
20.0
25.0
30.0
35.0
MVA
MW
0.0
5.0
10.0
15.0
Mximo Promedio Mnimo
18-1
-9
11:
30
20-1
-9
5:0
0
20-1
-9
22:
30
22-1
-9
16:
00
24-1
-9
9:3
0
26-1
-9
3:0
0
26-1
-9
20:
30
28-1
-9
14:
00
30-1
-9
7:3
0
1-2
-9
1:
00 MVA 42.1 38.6 24.7
MW 33.9 30.6 18.3
MVAr 26.0 23.5 16.5
-
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Potencias Estimadas Futuro
60.0
20.0
30.0
40.0
.
MVA
MW
MVAr
0.0
10.0
1-99
:30
1-99
:30
1-99
:30
1-99
:30
1-99
:30
1-99
:30
1-99
:30
1-99
:30
1-99
:30
MximoPromedi
oMnimo
MVA 52.3 47.9 30.7
1
8-11
2
0-6
2
2-1
2
2-2
2
4-1
2
6-1
2
8-5
3
0-0
3
0-1 MW 42.1 38.0 22.7
MVAr 31.9 29.2 20.5
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Los bancos de condensadores permiten entregarLos bancos de condensadores permiten entregar
los reactivos necesarios al sistema.los reactivos necesarios al sistema.
4550
202530
3540
Zbarra [Ohms]
05
10
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700
Resonancia al conectar condensadores.
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Los filtros sintonizados permiten compensarLos filtros sintonizados permiten compensarreactivos y disminuir la distorsin armnica.reactivos y disminuir la distorsin armnica.
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Los filtros sintonizados permiten compensarLos filtros sintonizados permiten compensarreactivos y disminuir la distorsin armnica.reactivos y disminuir la distorsin armnica.
Estos filtros se sintonizan para cada armnica queEstos filtros se sintonizan para cada armnica que
ocurrencia de resonancias.ocurrencia de resonancias.
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Por la elevada potencia a compensar, la existencia dePor la elevada potencia a compensar, la existencia deu yu y
las amplitudes de inrush es necesario segmentar el filtrolas amplitudes de inrush es necesario segmentar el filtroen varias etapas.en varias etapas.
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Por la elevada potencia a compensar, la existencia dePor la elevada potencia a compensar, la existencia deu yu y
las amplitudes de inrush es necesario segmentar el filtrolas amplitudes de inrush es necesario segmentar el filtroen varias etapas.en varias etapas.
De esta forma se consigue:De esta forma se consigue:
Reducir corrientes de inrush y su efecto en elReducir corrientes de inrush y su efecto en elvoltaje del SPI.voltaje del SPI.
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Por la elevada potencia a compensar, la existencia dePor la elevada potencia a compensar, la existencia deu yu y
las amplitudes de inrush es necesario segmentar el filtrolas amplitudes de inrush es necesario segmentar el filtroen varias etapas.en varias etapas.
De esta forma se consigue:De esta forma se consigue:
Reducir corrientes de inrush y su efecto en elReducir corrientes de inrush y su efecto en elvoltaje del SPI.voltaje del SPI.
Filtrar en forma selectiva las armnicas de mayorFiltrar en forma selectiva las armnicas de mayorpresencia en el sistema.presencia en el sistema.
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Por la elevada potencia a compensar, la existencia dePor la elevada potencia a compensar, la existencia deu yu y
las amplitudes de inrush es necesario segmentar el filtrolas amplitudes de inrush es necesario segmentar el filtroen varias etapas.en varias etapas.
De esta forma se consigue:De esta forma se consigue:
Reducir corrientes de inrush y su efecto en elReducir corrientes de inrush y su efecto en elvoltaje del SPI.voltaje del SPI.
Filtrar en forma selectiva las armnicas de mayorFiltrar en forma selectiva las armnicas de mayorpresencia en el sistema.presencia en el sistema.
Controlar, frente a distintos requerimientos deControlar, frente a distintos requerimientos depotencia reactiva, la compensacin entregada porpotencia reactiva, la compensacin entregada porlos filtros.los filtros.
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Corriente de InrushCorriente de Inrush
La corriente de inrush se produce durante la conexin de los filtros sintonizados.
Corrientes de entrada al conectar los filtros y voltaje de barra.
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Calidad y tolerancia de los condensadoresCalidad y tolerancia de los condensadores
(fusibles internos tol(fusibles internos tol 3%)3%)..
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..--
Calidad y tolerancia de los condensadoresCalidad y tolerancia de los condensadores
(fusibles internos tol(fusibles internos tol 3%)3%)..
Calidad y tolerancia de los reactores.Calidad y tolerancia de los reactores.
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..--
Calidad y tolerancia de los condensadoresCalidad y tolerancia de los condensadores
(fusibles internos tol(fusibles internos tol 3%)3%)..
Calidad y tolerancia de los reactores.Calidad y tolerancia de los reactores.
Taps de los reactoresTaps de los reactores 0.5%,0.5%, 1.0%,1.0%, 1.5%.1.5%.
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..--
Calidad y tolerancia de los condensadoresCalidad y tolerancia de los condensadores
(fusibles internos tol(fusibles internos tol 3%)3%)..
Calidad y tolerancia de los reactores.Calidad y tolerancia de los reactores.
Taps de los reactoresTaps de los reactores 0.5%,0.5%, 1.0%,1.0%, 1.5%.1.5%.
Frecuencia de sintona (Ajuste en terreno).Frecuencia de sintona (Ajuste en terreno).
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Calidad y tolerancia de los condensadoresCalidad y tolerancia de los condensadores
(fusibles internos tol(fusibles internos tol 3%)3%)..
Calidad y tolerancia de los reactores.Calidad y tolerancia de los reactores.
Taps de los reactoresTaps de los reactores 0.5%,0.5%, 1.0%,1.0%, 1.5%.1.5%.
Frecuencia de sintona (Ajuste en terreno).Frecuencia de sintona (Ajuste en terreno).
enclavamientos).enclavamientos).
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Calidad y tolerancia de los condensadoresCalidad y tolerancia de los condensadores
(fusibles internos tol(fusibles internos tol 3%)3%)..
Calidad y tolerancia de los reactores.Calidad y tolerancia de los reactores.
Taps de los reactoresTaps de los reactores 0.5%,0.5%, 1.0%,1.0%, 1.5%.1.5%.
Frecuencia de sintona (Ajuste en terreno).Frecuencia de sintona (Ajuste en terreno).
enclavamientos).enclavamientos).
. .
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Calidad y tolerancia de los condensadoresCalidad y tolerancia de los condensadores
(fusibles internos tol(fusibles internos tol 3%)3%)..
Calidad y tolerancia de los reactores.Calidad y tolerancia de los reactores.
Taps de los reactoresTaps de los reactores 0.5%,0.5%, 1.0%,1.0%, 1.5%.1.5%.
Frecuencia de sintona (Ajuste en terreno).Frecuencia de sintona (Ajuste en terreno).
enclavamientos).enclavamientos).
. .
Equipamiento de maniobra.Equipamiento de maniobra.
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..-- on ro y perac n e roson ro y perac n e ros
Los sistemas de control de filtros sintonizadosLos sistemas de control de filtros sintonizadosermiten conectar desconectar las eta as. Elermiten conectar desconectar las eta as. El
mtodo ms efectivo es por potencia reactiva.mtodo ms efectivo es por potencia reactiva.
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..-- on ro y perac n e roson ro y perac n e ros
Los sistemas de control de filtros sintonizadosLos sistemas de control de filtros sintonizadosermiten conectar desconectar las eta as. Elermiten conectar desconectar las eta as. El
mtodo ms efectivo es por potencia reactiva.mtodo ms efectivo es por potencia reactiva.
De acuerdo a los requerimientos de cada procesoDe acuerdo a los requerimientos de cada procesose programa la entrada y salida de cada etapa.se programa la entrada y salida de cada etapa.
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..-- on ro y perac n e roson ro y perac n e ros
Los sistemas de control de filtros sintonizadosLos sistemas de control de filtros sintonizadosermiten conectar desconectar las eta as. Elermiten conectar desconectar las eta as. El
mtodo ms efectivo es por potencia reactiva.mtodo ms efectivo es por potencia reactiva.
De acuerdo a los requerimientos de cada procesoDe acuerdo a los requerimientos de cada procesose programa la entrada y salida de cada etapa.se programa la entrada y salida de cada etapa.
El equipo de control est basado enEl equipo de control est basado en
microprocesadores ymicroprocesadores y provee del software necesarioprovee del software necesariopara su programacin y adquisicin de datos.para su programacin y adquisicin de datos.
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..-- on ro y perac n e roson ro y perac n e ros
Los sistemas de control de filtros sintonizadosLos sistemas de control de filtros sintonizadosermiten conectar desconectar las eta as. Elermiten conectar desconectar las eta as. El
mtodo ms efectivo es por potencia reactiva.mtodo ms efectivo es por potencia reactiva.
De acuerdo a los requerimientos de cada procesoDe acuerdo a los requerimientos de cada procesose programa la entrada y salida de cada etapa.se programa la entrada y salida de cada etapa.
El equipo de control est basado enEl equipo de control est basado en
microprocesadores ymicroprocesadores y provee del software necesarioprovee del software necesariopara su programacin y adquisicin de datos.para su programacin y adquisicin de datos.
La proteccin ms importante es sobrevoltajeLa proteccin ms importante es sobrevoltaje
(+15%).(+15%).
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6.6.-- Efectos de Filtros en la Partida deEfectos de Filtros en la Partida de
Grandes MotoresGrandes Motores
La partida del motor afecta seriamente el voltaje del sistema.La partida del motor afecta seriamente el voltaje del sistema.
Tipo de partida Autotransformador Directa
Tap autotransformador 80% 80%
Filtro OFF ON OFF ON
Corriente motor [A] 268 292 331 354
Voltaje barra durante
partida [V]
5888 6350 5860 6420
Voltaje barra final [V] 6050 6544 6025 6550
. . . .
Regulacin de voltaje
durante partida [%]
89.2% 96.2% 88.8% 97.3%
de partida [%]
. . . .
Resultados de partida de motor.
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..--
acuerdo a las caractersticas y condiciones de borde
ms relevantes de la aplicacin especfica.
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acuerdo a las caractersticas y condiciones de borde
ms relevantes de la aplicacin especfica.
En Chile resulta casi mandatario privilegiar la
re ulacin de volta e la continuidad de servicio laoperacin a mxima eficiencia por sobre otros
parmetros.
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acuerdo a las caractersticas y condiciones de borde
ms relevantes de la aplicacin especfica.
En Chile resulta casi mandatario privilegiar la
re ulacin de volta e la continuidad de servicio laoperacin a mxima eficiencia por sobre otros
parmetros.
Los criterios de diseo comnmente utilizados en
Europa suelen diferir considerablemente de los
utilizados en Norteamrica y en Chile.
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Criterios de diseoCriterios de diseo
. secuencialmente desde la menor frecuencia a la mayor.
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Criterios de diseoCriterios de diseo
. secuencialmente desde la menor frecuencia a la mayor.
2. Disear de manera que las etapas sean desactivadassecuenc a men e es e a mayor recuenc a a a menor.
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Criterios de diseoCriterios de diseo
. secuencialmente desde la menor frecuencia a la mayor.
2. Disear de manera que las etapas sean desactivadassecuenc a men e es e a mayor recuenc a a a menor.
3. Debido a la corriente inrush y la mayor frecuencia de
entrada/salida de las etapas sintonizadas a mayor frecuencia,se debe seleccionar potencias de compensacin menorespara stas.
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Criterios de diseoCriterios de diseo
. secuencialmente desde la menor frecuencia a la mayor.
2. Disear de manera que las etapas sean desactivadassecuenc a men e es e a mayor recuenc a a a menor.
3. Debido a la corriente inrush y la mayor frecuencia de
entrada/salida de las etapas sintonizadas a mayor frecuencia,se debe seleccionar potencias de compensacin menorespara stas.
4. Reducir al mnimo el transiente de volta e roducido or la
operacin normal de entrada/salida de cada una de las etapasdel filtro
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Criterios de diseoCriterios de diseo
. secuencialmente desde la menor frecuencia a la mayor.
2. Disear de manera que las etapas sean desactivadassecuenc a men e es e a mayor recuenc a a a menor.
3. Debido a la corriente inrush y la mayor frecuencia de
entrada/salida de las etapas sintonizadas a mayor frecuencia,se debe seleccionar potencias de compensacin menorespara stas.
4. Reducir al mnimo el transiente de volta e roducido or la
operacin normal de entrada/salida de cada una de las etapasdel filtro
. que los transientes de corriente y voltaje resulten balanceados
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..--
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ro ns a a o en an a a v a.ro ns a a o en an a a v a.
. ., . . ., .
1 etapa de 4.3 MVAR; 15 kV; 50 Hz. Sintona 360 Hz.1 etapa de 4.3 MVAR; 15 kV; 50 Hz. Sintona 360 Hz.
1 etapa de 2.7 MVAR; 15 kV; 50 Hz. Sintona 525 Hz.1 etapa de 2.7 MVAR; 15 kV; 50 Hz. Sintona 525 Hz.
1 etapa de 2.3 MVAR; 15 kV; 50 Hz. Sintona 675 Hz.1 etapa de 2.3 MVAR; 15 kV; 50 Hz. Sintona 675 Hz.
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