Armónicas de la red eléctrica - Casos Prácticos

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


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


-250

-150

-50

50

150

250

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


-250

-150

-50

50

150

250

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



Cargas linealesCargas lineales..

Capacitivas

* Capacitores para corrección de F.P.

Resistivas

* Hornos Eléctricos (resistencias), Iluminación Incandescente, etc.

Inductivas

* Motores, Transformadores, etc.



No linealesNo lineales

Saturables

Transformadores y reactores

Electrónicas (Fuentes de poder)

De Arco

Soldadoras, Hornos de arco, iluminación fluorescente.



No lineales, ElectrónicasNo lineales, Electrónicas

Monofásicas:

• Computadoras, Balastro Electrónicos

Trifásicas:

Variadores de velocidadVariadores de frecuencia (Drives de CA)

Rectificadores (Drives de CD)UPS



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.

-250

0

250

-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


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 +



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



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



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



Corriente No Lineal (Carga Trifásica)




Equipo de Medición:

PowerSight

Energy Analizer

Drive con convertidor de seis pulsos (Corriente)

Forma de Onda





Espectro Armónico

Gráfico


PowerSight

Energy Analizer





Espectro Armónico

Tabulado


PowerSight

Energy Analizer





Efecto en Voltaje


PowerSight

Energy Analizer



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


Operación de los dispositivos de protección:

• Interfiere con el disparo en los interruptores y con equipo de protección



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



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




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)



Corrientes por Neutro

Sistema Trifásico



Efecto de las Corrientes ArmónicasEfecto de las Corrientes Armónicas




Daño en Transformadores.

Reduce la capacidad del transformador debido a

las perdidas por resistencia y por el aumento de la

inductancia.

Mayor temperatura.




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




29

Calculo del Factor K:



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




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



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


GRACIAS!Salvador Chávez Negrete, MC,IngIngeniería y Consultoría Avanzada en Soluciones de EnergíaGuadalajara Jal, MéxicoTel: 52 (33) 31224886Nextel: 33 11366684 ID: 52*222*[email protected]

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