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ARTICULO
TECNICO
CALIDAD DE ENERGIA
Armónicos: Los invitados de piedra
Calidad de Energía (“Power Quality”) incluye todo lo relacionado con los disturbios que
se generan en los sistemas eléctricos y que alteran la forma de onda del voltaje, la forma de
onda de la corriente o la frecuencia, resultando en fallas de los sistemas, daños en equipos,
operaciones erráticas de las protecciones y desperdicio de energía.
Tipos de perturbaciones eléctricas
E
n general, los armónicos son producidos por cargas
no lineales, lo cual significa que su impedancia no es
constante (está en función de la tensión). Estas cargas
no lineales, a pesar de ser alimentadas con una tensión
sinusoidal, absorben una intensidad no sinusoidal, pudiendo estar la corriente desfasada un ángulo respecto
a la tensión.
Una señal periódica distorsionada en un sistema es
equivalente a tener más de una señal senoidal actuando
simultáneamente. Este concepto matemático es conocido
como Teorema de Fourier.
Para la 3ª Armónica ocurre que la impedancia más pequeña es el Condensador y que la Bobina (Reactor) es
la impedancia más grande.
2. Generan riesgo de Resonancia: La resonancia es el
fenómeno que se produce en un circuito, en el que existen
elementos reactivos (XL y XC), cuando es recorrido por
una corriente alterna de una frecuencia tal que hace que
la reactancia equivalente se anule (resonancia serie) o
se haga máxima (resonancia paralela).
3. Generan mayores pérdidas y mayor consumo en
los procesos, como se observa en el siguiente cuadro.
EQUIPO
Transformador
Estas pequeñas ondas son llamadas
Armónicas
Básicamente, la presencia de armónicas en un sistema
genera tres grandes inconvenientes:
1. Alteran el funcionamiento de las cargas convencionales (transformadores, condensadores, cables, motores,
cualquier carga inductiva o capacitiva).
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Condensadores
Motores de
Inducción
Conductores y
Cables
EFECTOS OBSERVADOS
n Aumento de las pérdidas.
n Sobrecalentamiento.
n Pérdida de eficiencia por temperatura.
Los condensadores se queman si la corriente
por ellos es más que 1,3 veces su corriente
nominal.
Sobrecalentamiento y vibraciones excesivas, con pérdida prematura de rodamientos
y parada de producción por mantención
correctiva.
Sobrecalentamiento si el valor efectivo de la
corriente (medido con un instrumento True
RMS) es superior al que soporta el cable.
Julio 2008
CALIDAD DE ENERGIA
Las armónicas se manifiestan en dos tipos:
n
Armónicas de Secuencia Cero, obedecen a la fórmula Nº Armónica = (6K -3), donde K va de 1a ∞.
Ejemplo: 3, 9, 15, 21, 27, 33, 39 y 45.
n
Armónicas de pulsos, obedecen a la fórmula
Nº Armónica = (K*N ± 1), donde N es el número de pulsos y K va de 1 a ∞.
Por ejemplo, para un variador de frecuencia de 6 pulsos,
tenemos:
K=1, (1*6-1)=5ª armónica y (1*6+1)=7ª armónica
K=2, (2*6-1)=11ª armónica y (2*6+1)=13ª armónica
O sea, tenemos 5 y 7 - 11 y 13.
Sabemos que para cargas no lineales (VDF 6 pulsos), la
corriente consumida es:
Luego, si eliminamos nuestras componentes armónicas,
veremos que nuestro valor “RMS” de la Corriente disminuirá proporcionalmente. Esta relación de disminución
está dada por:
Beneficios:
n
Reduce la Corriente de neutro al menos en un 75% del valor encontrado.
n
Reduce las pérdidas del sistema.
n
Elimina los armónicos de Secuencia Cero.
n
Mejora el Factor de Potencia.
n
Reduce el THD% (V-I).
n
Aumenta la capacidad del circuito.
n
Reduce el ruido de modo común.
n
Balancea voltajes y corrientes.
n
Ahorra energía.
2. Compensación del DDP y DDP Dual: Al generar un
desfase adecuado (-45º y +15º) entre ambos VDF, tenemos
como resultado una cancelación en el lado primario de
las armónicas 5ª y 7ª entre sí, y a su vez, la cancelación
de la 17ª y 19ª, respectivamente.
Una forma de visualizar el efecto de ahorro de energía
al eliminar las corrientes armónicas es con el siguiente
esquema:
Entonces, eliminar las armónicas ayuda a mejorar el
factor de potencia.
Cómo disminuir el consumo de
energía eliminando armónicas
1. Compensación del SAC: Este equipo es un reactor
que actúa sobre los armónicos triple N generando una
impedancia “cero” para ellas, absorbiéndolas del sistema
y aniquilándolas en el núcleo del reactor, evitando así
que se propaguen por el sistema.
Julio 2008
Beneficios:
n
Máxima eficiencia.
n
Cancelan la 5ª, 7ª, 11ª, 13ª, 17ª y 19ª armónicas de corriente de secuencia positiva y negativa en el primario de los transformadores conectados a la barra común.
n
Mejora el uso de la energía de la energía reduciendo las pérdidas.
n
Temperatura reducida de funcionamiento.
n
Reduce el factor K de los variadores de frecuencia.
n
Reduce el THD% (V-I) a valores menores al 5% (IEEE 519-1992).
n
Reduce la inyección de corrientes armónicas en el PCC.
n
Proporciona aislación a los transitorios.
n
Ahorro de energía en los procesos.
.
Por José Eduardo Muñoz, Director Comercial de
ATAR Chile y miembro del Comité de Equipamiento
Eléctrico de AIE.
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