5TO CONGRESO NACIONAL DE NORMALIZACION DE

INSTALACIONES ELECTRICAS

NormatividadNormas – Estándares – Recomendaciones

NOM es Obligatoria, NMX es Voluntaria

Nacionales: NOM-001-SEDE-2005, Instalaciones Eléctricas (Utilización).NOM-022-STPS-2008, Electricidad Estática en los Centros de Trabajo.NMX-J-549-ANCE-2005, Sistema de Protección vs. Tormentas Eléctricas Especificaciones, Materiales y Métodos de Medición.

Internacionales:NFPA 780, Standard for the Installation of Lightning Protection Systems.EIA/TIA 607, Grounding and Bonding Requirements for Telecommunications.EIA/TIA 942, Telecomunication Infrastructure Standard for Data Centers.IEEE 142, Grounding of Industrial and Comercial Power Systems.IEEE 1100, Powering and Grounding Electronic Equipment.

Problemática

Vivimos en un mundo cada día más inmerso en la tecnología, donde computadoras, equipos de comunicaciones, donde el avance en el mundo de la tecnología hace que busquemos menores tamaños, mayores capacidades, mejor desempeño y nuevos materiales, lo que nos da como resultado que los equipos se hagan más susceptibles a las perturbaciones de la energía que los alimenta.

Pensando en esta tecnología y el proteger tanto a estos equipos como a sus usuarios, TOTAL GROUND desarrolla soluciones de calidad de energía, ofreciendo sistemas y soluciones integrales.

ProductosSomos Fabricantes de las siguientes marcas

TOTAL GROUND Sistemas de Tierra Física. Sistemas Pararrayos.

Accesorios de conexión para sistemas de puesta a tierra y pararrayos. SUPRECTOR Y SUPRECTOR TELCO Y SOHO

Supresores de Transientes Clases ‘C‘, Clases 'B' y Clase ‘A' .Supresores de transientes para interfaces RJ45.Supresores de transientes clase “A” para pequeñas oficinas o residencial

H2OHM Acondicionador de Suelo (Intensificador de Tierras).

TOTAL TOWER Estructuras y Accesorio para Torres Arriostradas.

UPSStandby, Doble conversión , on line

BANCOS DE CAPACITORESAutomáticos y Manuales

TELEMETRÍA

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¿Por qué es importante la protección?

Buena calidad de energía

Equipo sofisticado

Equipo para el mejoramiento de la calidad de energía

Buena infraestructura para el funcionamiento ideal

Conmutador, switches equipo especializado de telecomunicaciones

Voltaje estable, Frecuencia constante, mínimas perturbaciones

Pararrayos, supresores, reguladores, filtros de armónicos, UPS

Sistemas de tierra física

Problemática General

Proporciona una trayectoria de conducción de las corrientes que se deben drenar a tierra.

FallaDescargaAtmosférica

ElectricidadEstática Sobre-corriente Transitoria

Objetivos Fundamentales

1. Proporcionar Seguridad a las Personas.

2. Proteger Infraestructura.a. Equipos.b. Garantiza la operación de protecciones.

3. Estabiliza el Voltaje al establecer un potencial de referencia.

4. Disipa la corriente del rayo.

5. Limita sobretensiones transitorias.

6. Drena cargas estáticas.

ElectrodosTipos

1. Varilla

2. Rehilete

3. Químico

4. Tubular triangular

ElectrodoMagnetoactivo

Mayor superficie de contacto.

3 Tubos de cobre electrolítico altamente conductivo resistente a la corrosión.

Se garantizan hasta por 10 años de libre mantenimiento.

Se debe acompañar de H2Ohm como parte de la disminución de la resistencia de contacto

Aplicaciones de TF

Podemos clasificar el sistema de tierra física en 4 aplicaciones para su fácil proyección:

Tierra de Potencia

Tierra de Masas

Cero Lógico

Tierra para Protección Atmosférica

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Estructura del SistemaANSI-J-STD-607-A

Estructura del SistemaANSI-J-STD-607-A

Estructura del SistemaConductores

ANSI-J-STD-607-A

TBB: Troncal de Unión a TierraConductor aislado

GE: Ecualizador de TierraConductor aislado igual a TBB.

CBN: Red de Unión ComúnMalla de Referencia, calibre mínimo 6AWG

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Origen de los Transitorios

Descargas atmosféricasLos niveles de corriente promedio son menor de 35 KA , 5% son mayores de 100 kA

Dispositivos hechos por el hombreCargas inductivas:

• Motores de elevadores• Driver de velocidad variable• Equipos de aire acondicionado

Accidentes:• Choques entre fases y neutro

“corto circuitos”.

Porcentaje de generación de disturbios eléctricos

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EFECTOS DE LAS SOBRETENSIONES

Problemas informáticas

Pérdidas de memoria y de datos

Degradación y destrucción del material electrónico

Destrucción de equipamiento importante

Cortes intempestivos y destrucción de la red

Pérdidas de operación

Equipo de medición

Acometida en media tensión

Supresor de Transitorios

Categoría B

Apartarrayos FLCTransformador

3F – 4H 44/254 V

T

T

Transformador 3F – 4H

44/254 V 220/127 V

Categoría CT

Categoría BT

Categoría B

T

127 V220/127 V

440 V

Motores

Alumbrado ContactosCategoría A

M

T

M M

Centro de control de motores

Equipo de medición

Acometida en media tensión

Supresor de Transitorios

Categoría B

Apartarrayos FLCTransformador

3F – 4H 44/254 V

T

T

Transformador 3F – 4H

44/254 V 220/127 V

Categoría CT

Categoría BT

Categoría B

T

127 V220/127 V

440 V

Motores

Alumbrado ContactosCategoría A

M

T

M M

Centro de control de motores

PROTECCIÓN CONTRA SOBRETENSIONES

Aplicación deSupresores

NMX-J-549-ANCE

Func. normal

Equip.Red

"sobre corriente"

Equip.Red

Operación de un supresor

Sobretensión

Tipo

s de protec

ción

Clase C:

Clase B:

Clase A:

Instalación exterior y acometida.

Circuitos que van del medidor al panel principal.

Alimentadores y circuitos derivados cortos, tableros de distribución.

Tomacorrientes para aparatos grandes con cableados cercanos a la acometida

Tomacorrientes y circuitos derivados largos.

ProyecciónSelección

Instalación

El factor de potencia (FP) es un número indicador que tiene valores de 0 (cero) a 1 (uno) y que refleja el porcentaje (%) de desperdicio, entre la energía eléctrica total que entrega CFE y la energía realmente utilizada por el usuario.

Factor de Potencia en una red eléctrica

Este desperdicio no se debe al mal empleo ó al empleo innecesario de la energía eléctrica; sino a la naturaleza eléctrica propia de las máquinas, dispositivos o cargas eléctricas que son necesarias en la operación de un inmueble, centro comercial, planta productiva, etcétera y que emplean un campo electromagnético para hacer su trabajo; tales como motores, refrigeradores, aires acondicionados, ventiladores, transformadores, bombas y en general todos aquellos artefactos o equipos que empleen campos magnéticos para su funcionamiento. En síntesis es por su naturaleza eléctrica.

Este no aprovechamiento de energía eléctrica se podría ilustrar con el ejemplo análogo de una cerveza que se sirve en un tarro; al servirla, un porcentaje se convierte en espuma que no se aprovecha; sin embargo la cerveza se cobra completa.

Porqué se presenta el desperdicio de energía en una red eléctrica

La totalidad de la cerveza sería la energía Real o realmente entregada

El líquido de la cerveza sería la energía Activa o aprovechada

La espuma de la cerveza sería la energía Reactiva o No aprovechada como energía útil

Cómo eliminar el desperdicio de energía eléctrica por FP

Las cargas inductivas(transformadores, motores de inducción, balastros de lámparas fluorescentes, compresores, bombas, hornos, etc.) generan potencia reactiva; es decir, provocan un desfasamiento entre las señales de voltaje (V) y corriente (I) .La señal de corriente (I) se atrasa con respecto a V.

En luminarias fluorescentes y equipos electromecánicos (motores, compresores, transformadores, aire acondicionado) sólo una parte de la energía se transforma en frío, luz o movimiento del eje de los motores Energía Activa (P); el resto es requerido por el equipo para su propio funcionamiento (Energía Reactiva (Q) para que generen los campos magnéticos de los motores y balastros de iluminación. En síntesis: a mayor consumo de Energía Reactiva (Q) en una instalación, más pobre es el aprovechamiento de la energía

Si se corrige completamente dicho desfasamiento inyectando energía reactiva pero de naturaleza eléctrica opuesta( energía capacitiva) entonces la energía reactiva resultante será cero (Q =0) lo que significaría que no hay desperdicio porque las señales de voltaje (V) y corriente (I) están alineadas ó en fase.

Carga inductiva

ՓV - voltaje

I - corriente

ՓV - voltaje

I -Corriente

Carga capacitiva

Փ = 0

V - voltaje

I -corriente

Carga resistiva

Si el ángulo es cero; no existe desfasamiento; ése es el aspecto central de la corrección del desperdicio: corregir el ángulo de desfasamiento. Lo cual se logra inyectando energía capacitiva; la que se contrapone eléctricamente o compensa la energía inductiva.

En la práctica, los circuitos no son puramente resistivos ni reactivos y por ello se generan siempre desfases entre las formas de onda de la corriente y el voltaje, lo que deriva en el mismo desfase entre las Potencias Activa (P) y Aparente (S); siendo éste el efecto que se observa en el triángulo de potencias.

Cómo eliminar el desperdicio de energía eléctrica por FP

Փ = 0

V - voltaje

I - corriente

Factor de potencia ideal

Kwh (energía activa)

Φ1

Kvah (energía aparente)

si Φ1 es 45 o ; el cos Φ1= 0.7071

Situación inicial

FP corregido

Kvarh (energía reactiva) final

Energía capacitiva agregada para compensar la inductiva

Φ2

Kvah

Kvarh (energía reactiva) final

si Φ2 es 18 o ; el cos Φ1= 0.95

Φ1

Kwh

Cómo eliminar el desperdicio de energía eléctrica por FP

2. La leyenda Cargo Por Factor de Potencia significa que su empresa esta pagando ese importe por el desperdicio de energía inherente a cierto tipo de equipos.

1. Revise su recibo de energía eléctrica. Si su empresa esta pagando recargos por bajo factor de potencia, se le indica explícitamente. Observe el siguiente recibo de CFE.

Cómo identificar el desperdicio de energía en el recibo de CFE

Leyenda explícita

3. Valores penalizados de factor de potencia. En México, como en muchos otros países, si el usuario de energía eléctrica presenta un factor de potencia menor a 0.900 o 90%, entonces el usuario es penalizado

Factor k ( multiplicador)

Tipo de tarifa

Número de servicio

3. Cargo porFP1. Cargo por energía

2. Cargo por demanda

Demanda facturable

Factor de carga

Factor de potencia (FP)

Periodo de consumo

Consumos de energía activa en Kwh

Consumos de energía activa en Kwh

Una óptica de los diferentes aspectos que los especialistas deben tomar en cuenta, al momento de tomar una decisión con respecto a los equipos de capacitores para resolver el problema del bajo factor de potencia, se centra en lo siguiente: I. Manufactura y seguridad.Los aspectos técnicos inherentes a la fabricación de capacitores y a la seguridad de estos dispositivos, sujetos de evaluación son los siguientes:

1.- Tecnología de manufactura de los capacitores.2.- Material de su carcasa envolvente.3.- Necesidad de que su carcasa sea puesta a tierra.4- Aislamiento del recubrimiento de los carretes o bobinados.5.- Sistema anti-explosión del capacitor - operación contra la sobrepresión.6.- Riesgo ambiental. 7.- Conexión entre carretes de capacitores.8.- Temperatura máxima admisible.9.- Temperatura de diseño (promedio en 24 horas).10.- Comportamiento contra agentes ambientales.11.- Voltaje máximo admisible.12.- Duración con sobre-voltaje máximo admitido.13.- Sobre-corrientes máximas admitidas.14.- Rechazo de armónicas.15.- Niveles de protección.16.- Ausencia de partes vivas.

Aspectos técnicos a evaluar en la oferta de capacitores

II. Versatilidad.Las facilidades de su performance para el crecimiento y mantenimiento, se debe sujetar a la evaluación los siguientes aspectos:18.- Versatilidad para el crecimiento de cada paso.19.- Versatilidad para el crecimiento en potencia. 20.- Versatilidad para la programación remota.21.- Facilidad para el mantenimiento.22.- Facilidad para incorporarle accesorios.23- Versatilidad en la gama de capacitores que se ofrece.

Tecnología de manufactura de los capacitores. Aunque es raro, todavía se encuentran en el mercado mundial, capacitores de potencia que contienen dieléctricos de tipo líquido, como aceite y compuestos que contienen PCB´s o askareles, los cuales quedaron prohibidos por sus efectos radioactivos que atentaban contra la salud del ser humano. A los que no presentan ningún dieléctrico líquido, se les identifica comúnmente como de tipo seco o simplemente secos sin ningún liquido de impregnación o de aislamiento. Estos últimos están fabricados a base de dos films de polipropileno metalizados al zinc, sobre una cara; la metalización la constituye el electrodo y el film de polipropileno constituye el aislante.  La tecnología mas reciente es la fabricación de capacitores al alto vacío, que brinda grandes ventajas puesto que elimina los riesgos de oxidación, corrosión, sobrecalentamientos, desaprietes y la acción nociva de los agentes ambientales, sobretodo en atmósferas corrosivas.

Selección  Para determinar el tipo y características de las baterías o bancos de capacitores, es necesario tomar en cuenta los siguientes aspectos: 1.1. La tecnología de manufactura de los capacitores.1.2. Su ubicación en la red eléctrica del usuario.1.3. El tipo de operación que se les brindará a los capacitores.1.4. La presencia de corrientes armónicas que provoquen una distorsión superior a la aceptable.1.5. El Retorno de la Inversión (ROI) proyectada, ahorros y beneficios adicionales.

Elección del equipo adecuado

Ubicación Existen diversas opciones para dimensionar y seleccionar el punto de conexión mas adecuado de un capacitor, ya que deberá tomarse en cuenta la naturaleza de la operación, costo y arquitectura de la red eléctrica:

1. Conexión individual a la carga. El equipo de capacitores se conecta en paralelo directamente a la carga. 2. Conexión en grupo. Cuando se tienen varias cargas como motores o equipos de alumbrado, de igual capacidad y periodo de trabajo, a éstas se les puede incorporar un Banco de capacitores, en un punto único, como puede ser un tablero o centro de carga.3. Conexión central. A un número de cargas de distintas capacidades y diferentes periodos de operación, se les puede conectar un equipo de capacitores, en un punto común o central, el cual es usualmente el tablero principal o interruptor general de la red eléctrica que proviene del transformador que la alimenta .4. Conexión mixta. En redes eléctricas donde operan grandes motores y otras cargas inductivas, es conveniente combinar las dos o tras opciones: las grandes cargas inductivas, se compensan individualmente y el resto, en grupo o en un punto central.

Tipo de operación de los capacitores.Existe la posibilidad de tener a) Operación manual (fijos o permanentemente conectados).b) Operación automatizada, a través de un controlador digital de potencia reactiva que sensa y conecta la cantidad de potencia reactiva capacitiva (KVAR capacitivos) que debe conectarse a la red eléctrica, conforme a los requerimientos cambiantes de la propia red eléctrica.

La presencia o ausencia de corrientes armónicas. El grado de contaminacion o distorsión provocada por corrientes armónicas (THDI ) en la red, determinará el tipo de protección con la que deberán contar los capacitores, se recomienda que en instalaciones donde existen dispositivos de automatización y control; tales como PLC´s , controladores, motores de velocidad variable, etc. se efectúen mediciones del grado de distorsión en corriente. Existen muchos instrumentos de medición que pueden efectuar esta función. Una recomendación aceptable a nivel internacional es que el THDI de la red eléctrica, no sobrepase el 15% de la corriente nominal.

Elección del equipo adecuado

Gabinete de 1,000 mm de altura

Componentes de un banco automático de capacitores

Contactores electromagnéticos

Controlador de potencia

Celdas capacitivas trifásicas

Fusibles de acción rápida gG

Interruptor termo-magnético( no disponible en la fotografía)

Rack

Rejillas de ventilación

Porta-fusibles

Puerta con abatimiento adaptable izq./der.

Kit de ventilación forzada

Auto-transformador de control( no visible en la fotografía)

Zoclo registrable

Tapa superior del gabinete (acometible)

Tapas terminales de los capacitores

Cableado de control. Consiste tanto en la colocación correcta del transformador de corriente (TC) como en el tendido y canalización de dos cables de control (cable de cobre calibre 16 awg, tipo THW ) que interconectan las terminales del TC marcadas como P1 y P2 con las clemas del BAC ubicadas en la parte inferior e identificadas como S1 y S2.

a) Ubicación del TC de núcleo partido. Este se debe colocar en la fase 1 del bus de barras donde de pueda sensar toda la carga. Es sumamente importante, porque si no está correctamente colocado el TC, el equipo no funcionará.

Cableado de fuerza. Se requiere que la interconexión trifásica sea entre el bus de barras principal y el banco automático de capacitores (BAC). Dicho cableado se efectuará con el cable de cobre tipo THW; o bien, con cable armado tipo Stabiloy.

El tendido de fuerza puede ser, básicamente de dos maneras:

1. Cuando los gabinetes son contiguos o adyacentes. Interconectando directamente el cable armado entre el gabinete del interruptor principal o tablero principal y el gabinete del BAC.

2. Cuando los gabinetes están separados. Utilizando charola de aluminio tipo escalerilla para subir hacia la losa; en caso de que exista charola que se pueda utilizar para el tendido horizontal; ésta deberá aprovecharse.

NOTA: en el bus de barras del tablero principal, cada uno de los 3 hilos de fuerza se debe conectar con zapatas ponchables y en el equipo la llegada de los cables de fuerza es en las zapatas de opresor (incluidas en el interruptor).

Instalación - Diagrama de colocación del TC:

BAC

TC

CORRECTO

CARGA

MASTER PACK ó Interruptor principal

Interruptor del BAC

BAC

TC

INCORRECTO

CARGA

MASTER PACK ó Interruptor principal

Interruptor del BAC

X√

Cálculo de la Potencia reactiva capacitiva para corregir el bajo factor de potencia (BFP)  Tipo de tarifa HM  No. SERVICIO/MEDIDOR 9TV537  Factor de potencia actual 0.57531  Factor de potencia objetivo 0.95000 Voltaje de operación de la red eléctrica

(Volts) 440  Monto del último rercargo por BFP $ 21,530 Voltaje de diseño de los capacitores (Volts) 480                            

ID Periodo de consumo

Factor de potencia actualcos Ø1

FPobjetivocos Ø2

ang cos Ø1

ang cos Ø2

tan Ø1 tan Ø2 VoltajeDiseño

Vca

VoltajeOperación

Vca

Demanda en

Kwatts

Potencia capacitiva

kVAr

Potencia restituida

kVAr

Cargo por BFPen M.N.

1 nov-11 0.60940 0.9500 52.454 18.195 1.301 0.329 480 440 70 68.07 81.00 $21,529.572 dic-11 0.61020 0.9500 52.396 18.195 1.298 0.329 480 440 72 69.82 83.09 $21,529.573 ene-12 0.56200 0.9500 55.806 18.195 1.472 0.329 480 440 65 74.30 88.42 $21,529.574 feb-12 0.57200 0.9500 55.110 18.195 1.434 0.329 480 440 66 72.95 86.82 $21,529.575 mar-12 0.58930 0.9500 53.893 18.195 1.371 0.329 480 440 70 72.96 86.83 $21,529.576 abr-12 0.53060 0.9500 57.954 18.195 1.597 0.329 480 440 68 86.28 102.68 $21,529.577 may-12 0.53390 0.9500 57.954 18.195 1.597 0.329 480 440 74 93.89 111.74 $21,529.578 jun-12 0.52390 0.9500 57.731 18.195 1.584 0.329 480 440 76 95.38 113.51 $21,529.579 jul-12 0.52680 0.9500 58.406 18.195 1.626 0.329 480 440 87 112.85 134.30 $21,529.5710 ago-12 0.58120 0.9500 58.211 18.195 1.613 0.329 480 440 100 128.48 152.90 $21,529.5711 sep-12 0.57980 0.9500 54.465 18.195 1.400 0.329 480 440 95 101.79 121.14 $21,529.5712 oct-12 0.61750 0.9500 54.564 18.195 1.405 0.329 480 440 101 108.73 129.40 $21,529.5713 oct-12 0.60560 0.9500 51.866 18.195 1.274 0.329 480 440 101 95.46 113.60 $21,529.5714 dic-12 0.61210 0.9500 52.258 18.195 1.292 0.329 480 440 104 100.18 119.22 $21,529.57                           

PROMEDIO 0.57531   Potencia promedio ( kVAr) 108.90                  Potencia Reactiva máxima ( kVAr) 152.90    Potencia standard sugerida en kVAr 150.00                 SUMA RECARGOS $301,413.98  IVA $48,226.24  TOTAL $349,640.22                  Nota:

En caso de requerirse ractores de rechazo de corrientes armónicas, éstos se cotizarán por separado. 24-abr-13

                   Elaboró: Lorenia

Sanchez 

 

Pasos requeridos de celdas de 25 Kvar:

Tres Pasos Físicos a partir de celdas trifásicas ( 25, 50 y 75 Kvar)Generan una regulación eléctrica de ( 6x 25 Kvar)• Paso 1, 25 Kvar• Paso 2 , 50 Kvar• Paso 3, 75 Kvar o la combinación de paso 25 + 50 Kvar • Paso 4, 100 Kvar combinación paso 75+25 Kvar• Paso 5 , combinación de los pasos 1,2,3 ( 25+50+75 Kvar)

•

energía eléctrica desperdiciadaBajo factor de potencia (BFP)

… que le cuesta a su empresa

Tema: Mitigación de corrientes armónicas

Distorsión armónica

• Distorsión armónica.

• El concepto teórico es que son tensiones y corrientes cuya frecuencia es un múltiplo entero de frecuencia fundamental del sistema (60 Hz)

• Si el orden del armónico es 3: la tensión y la corriente viajan a 180 Hz.• Si el orden del armónico es 5: la tensión y la corriente viajan a 300 Hz.• Si el orden del armónico es 7: la tensión y la corriente viajan a 420 Hz.• Si el orden del armónico es 9: la tensión y la corriente viajan a 540 Hz.

• El concepto práctico es que son un efecto indeseable que originan principalmente las cargas no lineales y algunas cargas lineales ( por ejemplo transformadores saturados)

• Se puede decir que las armónicas son una contaminación o una perturbación de las instalaciones eléctricas originadas en mayor medida por las nuevas tecnologías ( drivers, inversores, variadores de velocidad, entre ellas)

• Las cargas no lineales son aquellas en donde la forma de onda de la corriente eléctrica en estado estable no sigue la forma de onda de la tensión eléctrica aplicada.

• Algunos ejemplos de cargas no lineales:

• Variadores de velocidad• Inversores• Drivers de CA• Drivers de CD • Luminarias con balastros electrónicos.• Grandes computadoras ( centros de cómputo)• PC´s ó computadoras personales• Copiadoras• PLC´s• TV digitales• DVD, videojuegos, etc• Lavadoras• Hornos de Micro ondas.• Hornos de arco eléctrico.

Cargas no lineales

• Las cargas no lineales originan • la distorsión armónica (THDI ) en corriente y • la distorsión armónica (THDV) en voltaje

• Los daños que ocasionan son ( entre otros)

• Paros de producción indeseados.• Quema de fusibles y transformadores.• Quema de tarjetas digitales.• Quema de PLC´s.• Daños en flechas de motores y generadores.• Sobrecalentamientos y Desgaste del material aislante de cables y conductores.• Daños en capacitores.• Corrientes circulando por el hilo del neutro.

Total Harmonic Distortion (THD)

La norma IEEE-519-1992 relativa a “Prácticas recomendadas y requerimientos para el control de armónicas en sistemas eléctricos de potencia” agrupa a las fuentes emisoras de corrientes armónicas en tres categorías diferentes:

A. Dispositivos electrónicos de potencia (convertidores, rectificadores, etc.) B. Dispositivos productores de arcos eléctricos (hornos de arco, luz fluorescente, máquinas

soldadoras, etc.) C. Dispositivos ferro-magnéticos ( transformadores, motores eléctricos que mueven cargas de

par torsor variables como molinos de laminación, trituradores, etc.) Una lista de las fuentes emisoras de corrientes armónicas encontradas típicamente en plantas

industriales, es la siguiente: Motores de corriente directa. Convertidores de frecuencia ( variadores) Trafo-rectificadores ( en procesos químicos) Reactores controlados por tiristores ( compensadores estáticos) Interruptores gobernados por tiristores Hornos de arco. Equipos de soldadura. Transformadores sobre-excitados. Molinos de laminación Molinos trituradores En general, cargas no lineales.

Fuentes emisoras de corrientes armónicas en plantas industriales.

Transformadores sobre-excitados.Producen básicamente armónicos de orden 3 y 9 en la forma de onda de corriente.

Molinos de laminación.Producen espectros armónicos de forma aleatoria en la onda de corriente.

Molinos trituradores.También producen un espectro de armónicos de forma aleatoria en la onda de corriente.

en general, cargas no lineales.Es importante tomar en cuenta que cualquier carga no lineal produce ondas de corriente distorsionadas con contenido de componentes armónicos, al aplicarle una onda de tensión, aunque esta sea de forma senoidal pura.

Fuentes emisoras de corrientes armónicas en oficinas y otros edificios comerciales.El alumbrado fluorescente moderno y los equipos electrónicos de las telecomunicaciones, controladores de energía, equipos de seguridad, alarmas, computadoras, elevadores controlados con electrónica de estado sólido, etc. Instalados cada vez en mayores proporciones en los edificios modernos, provocan altos niveles de distorsión armónica que es preciso tener en cuenta en la operación, mantenimiento y diseño de las redes eléctricas alimentadoras instaladas en los mismos. En contenido de 3ª, 9ª y 15ª armónica que se viene encontrando en este tipo de instalaciones suele alcanzar niveles tan elevados, que exigen la aplicación de técnicas apropiadas para su manejo y control. Es de preverse que la situación empeore en los años venideros, ya que se espera que el uso de estén tipo de dispositivos electrónicos se quintuplique en los próximos años.

Alumbrado fluorescente.Producen niveles de distorsión armónica de hasta 26% en la onda de corriente. La norma ANSI-62.41 recomienda valores máximos de 32%Los diseños eléctricos actuales presentan una gama muy variada de distorsión armónica en la onda de corriente que oscila entre el 5% y el 30%, según su diseño.

En todos los casos el espectro de estas ondas muestra un alto contenido de 3ª, 9ª y 15ª armónicas.Además estos equipos pueden producir un alto grado de emisión magnética, tanto más importante, cuanto más alta es su frecuencia de operación ( la balastras electrónicas operar entre 20 y 40 Kilohertz). Esto puede producir inteferencias en equipos electrónicos PLC´s, lectores de barras, detectores de artículos en almacenes comerciales, relojes, etc.)

Equipos de Telecomunicaciones.Producen niveles de distorsión armónica de hasta 26% en la onda de corriente.

Controladores para edificios inteligentes.Producen niveles de distorsión armónica de hasta 58% en la onda de corriente.

Grandes computadoras.Producen niveles de distorsión armónica de hasta 81% en la onda de corriente.La distorsión armónica típica provocada por diferentes diseños de fuentes de poder para computadoras se muestra en la siguiente tabla:

Para cargas monofásicas 

Diseño de la fuente de poder

THDI Observaciones

Fuente de poder con inductancia simple

80 al 150% Muy alto contenido de armónicas de 3ª, 9ª y 15ª armónicas en adición a un alto contenido de 5ª, 7ª y 11ª armónicas.

Fuente de poder con resonancia paralelo

40 al 60% Alto contenido de 3ª, 5ª, 7ª, 9ª, 11ª y 15ª armónicas.

Fuente de poder con resonancia serie

20 al 40% Mediano contenido de 3ª, 5ª, 7ª, 9ª, 11ª y 15ª armónicas.

Efectos provocados por las corrientes armónicas.

Los efectos nocivos producidos por el flujo de corrientes armónicas son cada día más significativos en los sistemas eléctricos. Dichos efectos dependen de la intensidad relativa de las fuentes emisoras y pueden resumirse en la forma siguiente:

Problemas de funcionamiento en dispositivos electrónicos de regulación, tanto de potencia como de control.

Mal funcionamiento en dispositivos electrónicos de protección y medición; tales como interruptores termo-magnéticos.

Interferencias en sistemas de telecomunicación y telemando.

Sobrecalentamiento de los equipos eléctricos, motores, transformadores, generadores, etc y del cableado de potencia con la disminución consecuente de vida media en los mismos e incremento considerable de pérdida de energía en forma en forma de calor.

Fallo de capacitores de potencia.

Efectos de resonancia que amplifican los problemas mencionados anteriormente y pueden provocar incidentes eléctricos, mal funcionamiento y fallos destructivos de equipos de potencia.

Técnicas de mitigación - medidas correctivas

Técnicas de mitigación - medidas correctivas.

Las medidas correctivas que se vienen aplicando para resolver o mitigar este tipo de problemas se pueden clasificar en tres tipos:

a) Medidas que tienden a bloquear el paso de las corrientes armónicas hacían equipos especialmente sensibles, quedando éstos protegidos de la influencia de las mismas, aunque estas corrientes armónicas sigan circulando por el resto de la red.

b) Medidas que tienden a bloquear y/o absorber las corrientes armónicas confinándolas a circular por zona limitadas de la red, preferentemente circunscritas a los focos emisores de las mismas.

c) Medidas tendientes a sobredimensionar; recurriendo incluso hasta diseños especiales. Los equipos y conductores sometidos al flujo de corrientes armónicas, con objeto de minimizar los efectos nocivos provocados en las mismos.

Filtros de choque.

Estos se forman al conectar en serie con los capacitores un reactor de inductancia L, sintonizado con la capacitancia C del capacitora una frecuencia inferior a la de cualquier armónica significativa existente en el sistema. Por ejemplo para mitigar la 5ª armónica el reactor se sintoniza con el capacitor a la 4ª armónica. Este dispositivo hace posible la resonancia e impide que los capacitores absorban una corriente armónica excesiva.

Por consiguiente el uso del filtro de choque permite:

Proteger a los capacitores. Evitar resonancias. Corregir el FP a frecuencia fundamental.

Filtros de absorción.En este caso se instalan reactores en serie con los capacitores pero ahora sintonizados precisamente a las frecuencias armónicas más significativas existentes en el sistema. Naturalmente que el diseño tanto de capacitores como de reactores, debe permitir el paso hacia los mismos de toda la energía que fluye por el sistema para cada armónica, ya que al presentar una impedancia casi nula cada sección del filtro para la armónica a la que se ha sintonizado, dicha sección, se comporta como un sumidero de energía que puede fallar sino se dimensiona correctamente.

El uso del filtro de absorción permite:Proteger a los capacitores.Evitar resonancias.Mitigar armónicas en el sistema.Corregir el FP a frecuencia fundamental.

Protección de instalaciones de variadores de frecuencia por medio de reactores de choque.Un variador con rectificador de seis pulsos genera típicamente niveles de THDI de 45% en la onda de corriente. Es frecuente encontrar instalaciones con dos o más variadores conectados en paralelo. Para este tipo de casos es recomendable la protección individual de cada motor con reactores de choque que mitiguen las armónicas provenientes de los demás variadores. Los reactores comerciales se ofrecen con caídas de tensión de 3 y 5%

Estos reactores pueden amortiguar un poco el THDI hasta niveles del 4% a 6% para el caso de reactores de choque al 3% Un THDI del 8% al 10% para reactores del 5%. 

M.C Ing. José Ordoñez López joseordonez3110@yahoo.com.mx

jose.o@totalground.com

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