Trabajo Sobre Armonicos

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Trabajo Sobre Armonicos

  1. 1. UNEFA. Juan Borjas, Marvin Lotero. Armónicos en las líneas. . ARMONICOS EN LAS LINEAS Juan Borjas 15.606.482 elmikiti_26bb@hotmail.com Marvin Lotero 15.979.718 marvin2755@hotmail.com 3 TEORÍA DE ARMÓNICOS RESUMEN: En el siguiente trabajo se estudio sobre los armónicos, sus efectos sobre distintos tipos de Cualquier onda no senoidal puede ser representada componentes electrónicos, sus diferentes formas de como la suma de ondas senoidales (armónicos) ondas tanto en el voltaje como en la corriente y su teniendo en cuenta que su frecuencia corresponde a un análisis en el dominio de la frecuencia. La información múltiplo de la frecuencia fundamental (en el caso de la fue tomada de varias páginas de internet. red = 50Hz), según la relación: donde: Armónicos, Causas, Frecuencia, Ondas. 1 INTRODUCCIÓN La impedancia de los armónicos no es constante V0 = Valor medio de v(t) (onda en estudio) ya que las cargas que los producen no son lineales, V1 = Amplitud de la fundamental de v(t) estas cargas no lineales absorben una intensidad no Vk = Amplitud del armónico de orden k de v(t) sinusoidal a pesar de ser alimentadas con una tensión de la misma forma. Dentro del presente trabajo se extenderán conceptos como el anterior. 2 ARMONICOS 2.1ORIGEN DE LOS ARMONICOS En 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 adsorben una intensidad no sinusoidal, pudiendo estar la corriente desfasada un ángulo j respecto a la tensión. Para simplificar se considera que las cargas no lineales se comportan como fuentes de intensidad que inyectan armónicos en la red. Figura 1: Efecto de la suma de 2 frecuencias múltiples 2.2 CARACTERISTICAS DE LOS En la tensión de alimentación la frecuencia ARMONICOS fundamental es de 50Hz, el segundo armónico tiene una frecuencia de 100Hz, el tercer armónico una frecuencia Los armónicos se definen habitualmente con los dos de 150Hz y así sucesivamente. La distorsión debida a la datos más importantes que les caracterizan, que son: presencia de armónicos es un problema constante y no debe confundirse con fenómenos de corta duración como picos, reducciones o fluctuaciones. Es necesario • su amplitud: hace referencia al valor de la notar que en (1) los límites de la suma (sigma) son tensión o intensidad del armónico, desde 1 hasta infinito. Lo que sucede en la práctica es • su orden: hace referencia al valor de su que no existe un número ilimitado de componentes frecuencia referido a la fundamental (60 Hz). armónicas, sino que a partir de cierta componente Así, un armónico de orden 3 tiene una (orden) su valor es despreciable. La norma EN 50160 frecuencia 3 veces superior a la fundamental, recomienda no tener en cuenta los índices de la es decir 3 * 60 Hz = 180 Hz. expresión (1) superiores al orden 40º. 1
  2. 2. UNEFA. Juan Borjas, Marvin Lotero. Armónicos en las líneas. . facilidad de operación; también se hace necesario tener 4 FRECUENCIA DE LOS ARMONICOS en cuenta en el diseño de los mismos la presencia de armónicos. Las frecuencias de los armónicos que más problemas generan en el flujo de potencia, son aquellas que son 5.3 EFECTOS EN EL CONDUCTOR múltiplos enteros de la fundamental como son: 120, 180, NEUTRO 240, 300 y 360 ciclos/segundos y las que siguen. Obsérvese que la frecuencia del sistema es la primera El diseño de circuitos ramales en el pasado armónica. había permitido un conductor neutro común para tres circuitos monofásicos. La lógica dentro de este diseño En contraste las frecuencias no armónicas, por ejemplo fue que el conductor neutro cargaría solamente con la 217 ciclos/segundo, generalmente son generadas e corriente de desbalance de las tres cargas monofásicas. inyectadas al sistema de transmisión y distribución con Un conductor neutro común parecía adecuado para las algún objetivo especial. Estos casos son producidos cargas y era económicamente eficiente puesto que un deliberadamente o en algunos casos inadvertidamente. ingeniero de diseño balancearía las cargas durante el diseño, y un electricista balancearía las cargas durante Es más difícil detectar una armónica que no es múltiplo su construcción. En muchos ejemplos el conductor de la frecuencia fundamental, porque no altera la neutro se disminuía en tamaño con respecto a los longitud de onda de la misma manera, esto significa que conductores de fase por las mismas razones. no se ve un cambio estable en el osciloscopio cuando se estudia la onda, sin embargo, una vez que se detecta es 5.4 EFECTOS EN LOS mucho más fácil identificar su origen. TRANSFORMADORES 5 EFECTOS DE LOS ARMONICOS Aunque los transformadores son dimensionados para la operación con cargas de 60 Hz, 5.1 EFECTOS EN LOS EQUIPOS cuando estos alimentan cargas no lineales evidencian un incremento notable en sus pérdidas; tanto en las de ELECTRONICOS SENSIBLES núcleo como las de cobre. Existen numerosos equipos modernos que son Corrientes armónicas de frecuencias más altas provocan muy sensibles a los cambios producidos en el voltaje de pérdidas de núcleo incrementadas en proporción al alimentación de los mismos. Entre ellos están: las cuadrado de la corriente de carga rms y en proporción al computadoras, los modems, las tarjetas de electrónica cuadrado de frecuencia debido al efecto pelicular. El compleja (de captación de datos, de comunicaciones, incremento en las pérdidas de cobre se debe a la etc.), las cargas registradoras y muchos otros equipos circulación de corrientes armónicas de secuencia domésticos y de oficina. Estos equipos al estar positiva y negativa transportadas en los conductores de constituidos por complejas y delicadas configuraciones fase provenientes de cargas generadoras de armónicos de elementos de baja potencia, necesitan de una fuente monofásicas y trifásicas, y a la circulación de las de alimentación muy estable que les provea de un corrientes armónicas triples de secuencia cero que son voltaje dc de rizado casi nulo. Para ello necesitan de una transportadas en los conductores neutros desde las fuente primaria de ac y de un bloque rectificador con cargas monolineales generadoras de armónicos. fuente de voltaje estabilizada. En algunos casos este bloque de alimentación no posee el grado de invulnerabilidad necesario para soportar ciertos grados 6 METODOS PARA ANALIZAR LOS de distorsión de la onda de voltaje. Por esta razón los ARMONICOS delicados circuitos son sometidos a variaciones notables en el lado dc de sus fuentes, afectando el funcionamiento de los mismos. Esta es la causa del re- 6.1METODO DE FRECUENCIA. arranque de computadoras y de la pérdida de control de las cajas registradoras sometidas a voltajes altamente El estudio del comportamiento de los armónicos contaminados. de un circuito, un aparato eléctrico o de una parte del sistema ante una serie de pasos de frecuencias 5.2 EFECTOS EN LOS FILTROS PASIVOS discretas, en cada paso se usa un modelo apropiado dependiente de la frecuencia para la parte que se analiza. En este análisis se pueden escoger los En los filtros pasivos también pueden aparecer armónicos de frecuencia 60, 120, 180, 240, 300 etc., problemas de sobreesfuerzo del aislamiento por ciclos/seg. Este método es el más apropiado para sobretensión o sobrecorriente en sus elementos análisis de condiciones posibles de resonancia y para componentes. Como estos filtros son los más análisis de diseño de filtros. empleados en la descontaminación armónica de los sistemas eléctricos debido a su bajo costo económico y 2
  3. 3. UNEFA. Juan Borjas, Marvin Lotero. Armónicos en las líneas. . 6.2ANALISIS LINEALIZADOS Por supuesto hay excepciones. En casos de sobrecarga, daño de equipo o diseño inapropiado, estas causas que generan armónicos pueden ser corregidas, similarmente Usualmente se aplican las técnicas de inyección de un aparato o equipo particular que produce un alto nivel corriente, se utilizan para estudiar fuentes armónicas de armónicos debe ser modificado o reemplazado. compuestas de varias ondas cuadradas, los equipos y circuitos deben ser representados como conjuntos de elementos lineales conectados en serie y en paralelo, o Un aspecto que con frecuencia es mal evaluado, es que al menos lineales con cada rango de frecuencia. Las los armónicos han sido un problema reciente debido al ventajas de este método son su relativa simplicidad, su efecto de adición y multiplicación de los mismos, la buena representación de porque y como las armónicas presencia de estos efectos es lo que causa problemas, son creadas y como se propagan. Modelos de este tipo individualmente ninguno es problemático por sí mismo. son frecuentemente construidos, después de que la Por ejemplo, la distorsión armónica causada por un naturaleza general de los armónicos en un sitio en motor de inducción, que se usa para hacer circular aire particular son conocidas, como un modelo para estudio para uso agrícola, puede haber sido tolerado por del comportamiento y propagación de los armónicos de muchos años, pero inesperadamente causa problemas una manera más detallada. de flicker porque el conductor neutro se abrió. Es común en el caso de severos problemas de armónicas, que se liguen dos o más factores que contribuyan a agravar el 6.3ANALISIS NO LINEAL EN EL DOMINIO problema, particularmente cuando se adiciona equipo DEL TIEMPO nuevo o que existen cambios de equipo, siendo la sospecha del problema los nuevos equipos. Cuando se Análisis no lineal en el dominio del tiempo. presentan causas simultáneas que generan altos niveles Directamente se aplica a cargas no lineales simulando de armónicas, usualmente sólo una es la mayor causa modelos en el dominio del tiempo. En programas tales del problema, contribuyendo las otras causas a crear como el EMTP o como mejor se conoce actualmente resonancia o a ayudar en su propagación. ATP, así como lo que se ha llamado simulación armónica en el tiempo con modelos para el flujo de El primer paso que se recomienda en cualquier potencia, los cuales calculan el aspecto de flujos de investigación sobre el problema de armónicas es potencia usando modelos de cargas no lineales y inspeccionar el equipo y el circuito eléctrico. Estos modelos en líneas de equipos eléctricos representando problemas son causados o empeorados por cargas sus impedancia a través del aspecto de frecuencias. desbalanceadas, mala conexión a tierra, problemas con el conductor neutro, por problemas con equipo o por uso inapropiado. Esto puede ser identificado con una 6.4METODO WAVELET inspección cuidadosa con equipo apropiado. Método Wavelet.- Utiliza técnicas analíticas basadas Desde el punto de vista de sobretensiones transitorias y en la teoría wavelet como análisis en el dominio de la armónicas, disminuyendo la impedancia a tierra e frecuencia. Esta teoría utiliza análisis tanto en el dominio incrementando la ampacidad del neutro con frecuencia de la frecuencia como en el tiempo. se resuelven problemas de calidad de la potencia (incluyendo armónicas). Los problemas de puesta a Se recomienda aplicar dos o los 3 métodos discutidos tierra contribuyen de un 33 a un 40% de los problemas anteriormente para evaluar los problemas de armónicos, relacionados con la calidad de energía tal vez los resultados serán diferentes, pero esto identifica los límites del conocimiento acerca del problema que se analiza y que se tiene un rango amplio de posibles soluciones que deben ser exploradas. 7 RECOMENDACIONES PARA DISMINUIR EL EFECTO DE LOS ARMONICOS Usualmente la solución al problema de armónicos es eliminar los síntomas y no el origen, los aparatos que crean los armónicos generalmente constituyen una pequeña parte de la carga, eliminar su uso no es posible, modificar esos equipos para que no causen armónicos tampoco es factible. Lo que nos queda es reducir los síntomas ya sea incrementando la tolerancia del equipo y del sistema a los armónicos o modificar los circuitos y los sistemas para reducir su impacto, atrapar, o bloquear los armónicos con filtros. 3

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