Análisis Armónico y Diseño de Filtros

  

  

 

 

 

 

 

  Introducción

Sabemos que el problema de las armónicas no es nuevo, porque tienen su origen desde que se pusieron en marcha los primeros sistemas eléctricos de potencia, en la actualidad, el incremento del uso de cargas no lineales lo ha incrementado.

Un sistema eléctrico ideal debería proporcionar un voltaje con las siguientes características:

 

  • Amplitud constante
  • Forma de onda sinusoidal
  • Frecuencia constante
  • Simetría en el caso de red trifásica

 

Bajo estas condiciones, las máquinas y equipos eléctricos conectados a este sistema eléctrico no deben presentar un comportamiento anormal y su funcionamiento es el que se espera de su diseño.

 

Sin embargo, un sistema eléctrico real no cumple con las características ideales mencionadas anteriormente. En la práctica, las redes eléctricas presentan una serie de alteraciones o perturbaciones que alteran la calidad del servicio, dentro de las cuales destacan:

 

  • Variaciones de frecuencia
  • Variaciones de la amplitud del voltaje (flicker)
  • Sobretensiones
  • Asimetrías entre las fases
  • Deformaciones en voltajes y corrientes  (armónicas)

 

El estudio de las variables distorsionadas se realiza en base a la superposición de ondas sinusoidales de distinta frecuencia, llamadas armónicas.

El origen del problema se debe a la presencia de cargas no lineales dentro del sistema eléctrico, estas cargas provocan la circulación de corrientes no sinusoidales, que pueden ser consideradas como la superposición de corrientes de diferente frecuencia (Ih). Las corrientes de diferente frecuencia provocan caídas de voltaje de frecuencia distinta de 60 Hz, en la reactancia de corto circuito X. Esto origina, en definitiva, que el voltaje en buses (VB) se distorsione, afectando a otros consumidores y a la misma carga no lineal. Dentro de las cargas no lineales, destacan como generadores de armónicas los convertidores estáticos, los hornos de arco, etc.

 

  • Efectos de las armónicas en la red eléctrica desde el punto de vista técnico

 

Desde el punto de vista técnico, las armónicas producen una serie de efectos negativos, que se resumen en lo siguiente:

  • Aumento de pérdidas en redes y en equipos eléctricos
  • Disminución de la vida útil de los equipos
  • Pérdida de la calidad y de la confiabilidad del sistema eléctrico

La norma IEEE 519-1992, establece una serie de recomendaciones y requisitos para el control de las armónicas en los sistemas eléctricos y especifica lo siguiente:

  • El control de la cantidad de armónicas de corriente inyectadas al sistema eléctrico la deberá tener el consumidor.
  •  Si se asume que la inyección de armónicas de corriente se encuentra dentro de límites razonables, el control de la distorsión de tensión lo deberá ejercer la entidad que tiene el control de la impedancia del sistema eléctrico, que generalmente será la compañía suministradora.

 

  • Técnicas para mitigar las armónicas en redes eléctricas

 

  • Reducir la aportación de corrientes armónicas
  • Utilizar filtros sintonizados
  • Modificar la respuesta a la frecuencia del sistema eléctrico
  • Filtros pasivos
  • Filtros activos

 


Beneficios

  • Reducción de las pérdidas de la red eléctrica.
  • Los problemas de resonancia se quitan.
  • Funcionamiento adecuado de las cargas.
  • Cables no sobrecargados.

 

Normatividad

 

[1]        IEEE 519-1992. (IEEE Recommended Practices and Requirements for Harmonic Control in Electrical Power Systems) and attachment June 15, 2004.

[2]        CFE L0000-45. Desviaciones permisibles en las formas de onda de tensión y corriente en el suministro y consumo de energía eléctrica.

[3]        IEEE P519A-2000, Guide for Applying Harmonic Limits on Power Systems.

[4]        IEEE Std 1531 2003, IEEE Guide for Application Specifications of Harmonic Filters.

[5]        IEC 61000-1-4, Electromagnetic Compatibility (EMC): “Rationale for Limiting Power-Frequency Conducted Harmonic and Interharmonic Current Emissions from Equipment, in the Frequency Range up to 9 kHz.”

[6]        IEC 61000-3-2 (2000): Electromagnetic Compatibility (EMC). Part 3: Limits. Section 2: Limits for Harmonic Current Emissions (Equipment Input Current Up to and Including 16 A per Phase).

[7]        IEC 61000-3-4 (1998): Electromagnetic Compatibility (EMC). Part 3: Limits. Section 4: Limitation of Emission of Harmonic Currents in Low-Voltage Power Supply Systems for Equipment with Rated Current Greater Than 16 A.

[8]        IEC 61000-3-6 (1996): Electromagnetic Compatibility (EMC). Part 3: Limits. Section 6: Assessment of Emission Limits for Distorting Loads in MV and HV Power Systems. Basic EMC publication.

Copyright © 2000 Informática e Ingeniería Integral S.A. de C.V. (ininin)
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