Las Señales Armónicas en los Sistemas de Potencias

1. Ing. Alberto Tama Franco

2. LAS SEÑALES ARMONICASEN LOS SISTEMA DE POTENCIA

3. QUE SON LAS ARMONICASEN LOS SISTEMAS DE POTENCIA? Idealmente, las formas de onda de voltaje y corriente son perfectos sinusoides. Sin embargo debido a la popularidad de utilización de cargas no lineales y dispositivos electrónicos, estas formas de onda a menudo llegan a deformarse. Las corrientes armónicas son el resultado de carga no lineales que demanda una forma de onda de corriente diferente a la forma de onda aplicada o suministrada. Equipos tales como computadoras, faxes, alumbrado electrónico, equipo de soldadura, cargadores de bater1as, UPS’s, convertidores de potencia (AC a DC) hacen que se generen corrientes armónicas que en combinación con las impedancias de la fuente, producen distorsión de los voltajes de la línea. Las corrientes armónicas disminuyen su magnitud al incrementar la frecuencia o el orden del armónico.

4. QUE SON LAS ARMONICASEN LOS SISTEMAS DE POTENCIA? Para cuantificar la distorsión, el término “distorsión total de armónicas” es utilizado (THD). El término expresa la distorsión como un porcentaje de la componente fundamental (pura) de voltaje y corriente. Las corrientes armónicas son un problema pues producen un incremento de las pérdidas tanto a nivel de consumidores como en los componentes del Sistema de las Empresas Eléctricas. Las cargas con formas de onda de corrientes altamente distorsionadas, también tienen un pobre factor de potencia, debido a que utilizan excesiva capacidad de potencia del sistema. El efecto de calentamiento es una función del cuadrado de ambas corrientes: la fundamental y la armónica, y aumenta con la frecuencia.

6. IMPACTO DE LAS ARMONICAS INTERFERENCIAS EN LAS SEÑALES DE VIDEO Y TELEFONIA SOBREVOLTAJES EN LOS SISTEMAS DE POTENCIA INCREMENTO DE LA TEMPERATURA DEL DIELECTRICO DE LOS BANCOS DE CAPACITORES DISMINUCION DE SU VIDA UTIL DAÑO TOTAL O PARCIAL DE LOS BANCOS DE CAPACITORES

7. IMPACTO DE LAS ARMONICAS DISTORSION DE LA FORMA DE ONDA (CALIDAD) QUEMA DE FUSIBLES Y EQUIPOS VARIOS DEL SISTEMA ACCIONAMIENTOS FALSOS DE RELES Y/O PROTECCIONES INFLUENCIA DESPRECIABLE EN LA EXACTITUD DE MEDICION DE ENERGIA ACTIVA, REACTIVA Y FACTOR DE POTENCIA. INESTABILIDAD EN LOS SISTEMAS DE POTENCIA

8. IMPACTO DE LAS ARMONICAS LOS INSTRUMENTOS TALES COMO VATIMETROS Y RELES DE SOBRE CORRIENTE Y QUE FUNCIONAN CON DISCOS DE INDUCCION, SOLO VEN CIRCULANDO LA CORRIENTE FUNDAMENTAL, PERO DEBIDO A LAS FASES DESBALANCEADAS QUE SON PRODUCTO DE LA DISTORSION ARMONICA, PUEDE PRODUCIRSE LA OPERACIÓN ERRONEA DE ESTOS DISPOSITIVOS. INCREMENTO DE LAS PERDIDAS TECNICAS EN LOS SISTEMAS DE POTENCIA POR LA PRESENCIA DE LAS SEÑALES DE ARMONICAS. ENVEJECIMIENTO DEL DIELECTRICO EN FORMA ACELERADA EXCESIVO CALENTAMIENTO EN LAS MAQUINAS ROTATIVAS

9. PROBLEMAS FRECUENTES EN LOS SISTEMAS DE POTENCIA

10. BAJO FACTOR DE POTENCIA. ARMONICAS EN LA RED PRODUCIDAS POR CARGAS QUE CONSUMEN CORRIENTES NO SINUSOIDALES.

11. LOS BANCOS DE CAPACITORES, AL INTERACTUAR CON LA RED FORMAN UN CIRCUITO RLC, LO QUE PRODUCE RESONANCIAS CON FRECUENCIAS NATURALES DEPENDIENTES DE LAS COMPONENTES INDUCTIVAS Y CAPACITIVAS DEL CIRCUITO. DEBIDO A LA PRESENCIA DE CORRIENTES ARMONICAS, LOS MODOS NATURALES DEL SISTEMA DE POTENCIA PUEDEN SER EXCITADOS POR ALGUNA COMPONENTE ARMONICA CUYA FRECUENCIA COINCIDA O PUEDA ESTAR CERCA CON ESTE MODO NATURAL, PRODUCIENDOSE UNA SEVERA AMPLIFICACION DE VOLTAJES Y CORRIENTES, PUDIENDO INCLUSO LLEGAR A QUEMAR ALGUNOS EQUIPOS.

12. PRONOSTICO DE LOSPROBLEMAS PRODUCIDOS POR LASARMONICAS EN LOS SISTEMAS DE POTENCIA

13. SCR = MVA SC / MW del Convertidor (Razón de Cortocircuito) Si SCR > 20 La probabilidad de problemas de armónicas es baja. Hr = [MVA SC / MVAR del Banco de Condensadores] 1/2 Hr nos permite obtener el orden del armónico al cual se produce la resonancia paralelo. Si el orden del armónico está dentro de la quinta, séptima, décimo primera o décimo tercera armónica, existe una elevada probabilidad de producción de voltajes armónicos excesivos y grandes oscilaciones de corrientes armónicas.

15. La principal característica de un filtro sintonizado aparte de la frecuencia a la cual actúa como tal, es el factor de calidad “Q”. Factor de Calidad: Q = XLf / R (a frecuencia fundamental: 60 Hz.) Normalmente se utiliza en diseño un valor de Q = 30, a veces valores inferiores de 30 son para prevenir la pérdidas producidas por las altas frecuencias. Un filtro con factor de calidad elevado, requerirá de una pequeña capacidad de voltios-amperios. Un filtro con factor de calidad elevado, requerirá de una sintonización más exacta y es menos efectivo para frecuencias armónicas adyacentes.

16. XLo = XCo / h2 Donde XCo, es la reactancia del capacitor que actúa como compensador de reactivo en el sistema de potencia que se encuentra compensado. h, es el orden del armónico al cual se está sintonizando ese filtro de Resonancia Paralelo. En el diseño de estos filtros, se debe considerar la capacidad térmica del capacitor, pues por dicho(s) capacitor(es) fluirá(n) elevadas corrientes y, deberá estar diseñado para soportar los consiguientes sobrevoltajes. Los análisis se deben realizar en una banda de frecuencia desde 60 Hz. Hasta 1,380 Hz.

18. TERMINOS BASICOS ZMAG: Impedancia equivalente que ve el convertidor en la barra A, se debe considerar a los rectificadores como fuentes de corrientes de armónicas. ZANG: Es el ángulo de la impedancia ZMAG. s: Es la corriente en p.u. de la fundamental que fluye hacia el sistema de potencia. f: Es la corriente en p.u. de la fundamental que fluye hacia el sistema de filtros ó al banco de condensadores.

19. TERMINOS BASICOS ih = is + if is = s ih if = f ih s + f = 1 s = Zf / (Zs + Zf) f = Zs / (Zs + Zf)