802 Soluciones ARMÓNICOS

8/16/2019 802 Soluciones ARMÓNICOS

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SolucionesSolucionespara lapara la

atenuaciónatenuación

de armónicosde armónicos


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? posicionar las cargas perturbadoras

aguas arriba del sistema

? agrupar las cargas perturbadoras

• alimentación con embarrados distintos,

y los equipos sensibles lo más cerca

de su alimentación

• Se evitan corrientes armónicas

circulando por los cables (evitar

calentamientos)

? separación de las fuentes

• Transformadores dedicados

Cargas

perturbadoras

Z1

Z2Cargas

sensibles

Donde

Z1 < Z2

Impedancia de línea

Cargassensibles

Carga

perturb. 1

Carga

perturb. 2

no

si

Cargas

no lineales

Cargas

lineales

Sistema

de distribución

de MT

Modificando la instalación para atenuar los armónicos


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? usando transformadores con conexiones especiales

• una conexión triángulo-estrella/triángulo elimina los armónicos de orden 5 y 7

• una conexión triángulo-estrella elimina los armónicos de orden 3 : los armónicos circulan por

cada una de las fases y retornan por el neutro del transformador

? instalando inductancias

• incrementando la impedancia del circuito de suministro se limita la corriente

armónica (en particular las de rango elevado)

– variadores de velocidad: se alisa la corriente

Modificando la instalación para atenuar los armónicos

(otras soluciones)


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La inductancia antiarmónica – filtros desintonizados

? Permite proteger una batería de condensadorescontra las sobrecargas armónicas

? La elección : rama L-C carácter inductivo en la gama de frecuencias armónicas

? Por principio la frecuencia de resonancia fr, se sitúa por debajo de la gama defrecuencias del espectro de la fuente perturbadora

? La rama L-C y la red Lcc, son ambas inductivas en la gama de frecuencias delespectro, y las corrientes armónicas inyectadas se reparten en proporción inversa alas impedancias:

• Pocas corrientes armónicas circulando por la rama L-C

• Mayor parte circula por el resto de la red, a través de la Zcc

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

rango

i m p e d a n c

i a

Z

xl

L+R//

R C LhI

//Z//

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19


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? Ventajas:

• Suprime el riesgo de fuertes corrientes armónicas en los condensadores

• Suprime correlativamente las fuertes distorsiones de tensión en la red, sin

llevar, de todas maneras, los niveles a un valor bajo especificado

?Utilización:

• En redes polucionadas.

• Posibles criterios: – THD(U) entre el 2% - 5 %

– Potencia de los equipos generadores de armónicos entre el 20% y el

60% de la potencia total instalada


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Los filtros

? Limitación de las tensiones armónicas de la red a valores bajos especificados? Existen varias clases de filtros:

• Filtros pasivos:

– Shunt resonante : filtros sintonizados

– Filtros amortiguadores

• Filtros activos o compensadores activos

• Filtros híbridos


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Filtros sintonizados: el shunt resonante (1/6)

?Rama r-L-C, con frecuencia de sintonización

? fr debe de estar situada a la frecuencia de la tensión armónica que se

desee eliminar

? El shunt resonante presenta a la fr una impedancia mínima (reducida a

la r de la inductancia)

• Deriva hacia él casi la totalidad de las corrientes armónicas de la

frecuencia fr inyectadas, con un nivel de tensión armónica defrecuencia fr débil y proporcional al producto de la resistencia r por la

corriente que circula por el shunt

? En principio hay tantos shunts resonantes como armónicos a tratar,

conectados en el juego de barras. El conjunto constituye una batería

r

L

C

LC ?2

1f r ?


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El shunt resonante (2/6)

? La siguiente figura representa la impedancia armónica de una red equipada con

una batería de 3 filtros de orden 5,7,11.

?Hay tantas antiresonancias como filtros: situadas en el espectro, lo que obliga a

realizar una cuidadoso estudio

//Z//

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

1

1 ,

6

2 ,

2

2 ,

8

3 ,

4 4

4 ,

6

5 ,

2

5 ,

8

6 ,

4 7

7 ,

6

8 ,

2

8 ,

8

9 ,

4 1 0

1 0

, 6

1 1

, 2

1 1

, 8

1 2

, 4

1 3

1 3

, 6

1 4

, 2

1 4

, 8

1 5

, 4


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? Principales características:

• La potencia reactiva de compensación: QVAr

– El shunt resonante realiza la compensación de energía reactiva a la

frecuencia industrial

– La potencia reactiva de compensación del shunt resonante a la tensión

de servicio U1 aplicada en el juego de barras:

– Siendo C la capacidad F-N de una de las tres ramas de la batería

vista en estrella y h el rango de la frecuencia de sintonía

• La impedancia característica

2

2

2

11

2

1

2

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?????

h

hU C f wCU Q

cVAr

?

C

L X ?0


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? Principales características:

• El factor de calidad q = Xo/r:

– Un filtro eficaz debe tener una inductancia que posea un factor q

elevado, por tanto r


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? En la práctica:

• Las características del shunt resonante se ven limitadas por el desacuerdo

de sintonía del filtro y se pueden prever soluciones específicas:

– Poner en la inductancia varias tomas de ajuste

– La sensibilidad a la no sintonía, provocad por variaciones de f1 y de fr

(provocadas por las variaciones de la C(T)) puede reducirse por un

compromiso entre los valores del factor q y las características del filtrado

?Dimensionamiento:

• Dimensionarse para la corriente máxima de cada armónico a filtrar


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? potencia del transformador (Sn)

?

tensión de cortocircuito del transformador (Ucc)• Impedancia armónica de la red y del transformador

? tensiones del primario y secundario.

? potencia de cortocircuito máxima y mínima de la red.

? medidas de armónicos en el secundario del transformador. (instalación sin

condensadores)

? tipo y potencia de generadores de armónicos y su espectro.? necesidades de compensación y descripción de baterías instaladas.

? esquema unifilar

? tasa de distorsión deseada.

? presencia de generadores.



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Filtros amortiguadores (1/4)

? En un horno de arco, el shunt resonante debe ser amortiguador

La banda continúa del espectro producido por el horno de arco crea una

probabilidad de inyección de una corriente de frecuencia igual a la deantirresonancia


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? En un horno de arco, el shunt resonante debe ser amortiguador

No tenemos que reducir solo las tensiones armónicas de rango característico,sino también amortiguar las antirresonantes

Solución:filtro de amplio espectro

• Amortiguar las antirresonancias

• Reducir las tensiones armónicas de frecuencias iguales o superiores a la de

sintonía

• Amortiguar rápidamente el régimen transitorio debido a la conexión del filtro

? Filtro amortiguador de 2º orden

• Presenta una reactancia nula a la frecuencia fr,

mayor que la frecuencia f, con:

? ? LC Qq

Qq f

LC f

r

12

1

2

1

2?

??

?

?

?


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?Donde Q: factor de calidad del filtro amortiguador

q: factor de calidad de la inductancia

? Se estudia el filtro para que fr coincida con la primera banda característica del

espectro a filtrar (generalmente la más importante)

?Cuando Q (o R) tiende a valores altos, fr tiende a f

? Funcionamiento• Por debajo de fr :la resistencia de amortiguación contribuye a la reducción de

la impedancia de la red ? reducción de las tensiones armónicas que

eventualmente pueden producirse

• Al valor fr : filtraje, pero presenta una impedancia mayor que la r de la

inductancia?característica de filtrado inferior a la del shunt resonante

• Por encima de fr : el filtro presenta una reactancia inductiva ( de la mismanaturaleza que la de la red) : permite cierta absorción de las bandas del

espectro superiores a fr, y si está presente, un espectro continuo


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? Ejemplo : analogía con la

compensación de la energía

reactiva Q.

*La fuente suministra la potencia p'

necesaria para compensar las

pérdidas r. de la capacidad C.*C suministra Q' (a 50 Hz), energía

de compensación de Q.

fuente

r C

P+p' P+Q

p'

carga

lineal

Q'

-100

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

+

+

+

- -

--

+

+ - + -

u Ireactiva

= 0

P (kW) u

S (kVA)

Q (kVAR)Q'

Q' = - Q

p'

Compensador activo: inyección de corrientes

armónicas invertidas


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fuente

P+p'+QP+Q+D

p'

carga

no

lineal

D'

Compensador

Activo

?

El compensador Activo : suministra la energía de

"deformación" D'.

* La fuente no suministra mas

que la p' necesaria para

compensar las pérdidas delcompensador.

* C.A. suministra D' (potencia Hn)

P (kW) u

S (kVA) Q (kVAR)

D

D' = - D

p'

-150

-100

-50

0

50

100

150

0 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025

+

+

+

+

-

-

+

-

-

-

-

+

S

D = 0

D'

I h2u

% de I fundamental

Compensador activo: inyección de corrientes

armónicas invertidas


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Filtros híbridos

? combinar los puntos fuertes de los filtros activos y pasivos

• Filtraje de un gran rango de frecuencias

• Compensación energía reactiva

• Gran capacidad de filtraje en corriente

Carga

No-linear

Active

filter

I har

I act

Carga linear

Filtro Híbrido


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Ejemplo


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Una Batería de condensadores de 1000 kVAr

? Antirresonacia en la proximidad del rango 7 : V(7)=11%

? THD(U5,5kV) = 12,8%? inadmisible

? Icondensador = 1,34 Inominal


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Filtro desintonizado de 1000 kVAr

? Ajuste dispositivo rango 4,8

? Curva impedancia armónica red:

• Antirresonancia: rango 4,25

• Baja impedancia rango 5 favorece el filtrado

de magnitudes armónicas de este rango

? Deformación de tensiones

• THD(U) = 2,65% aceptable

? Icondensadores: 1,06 Inominal


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Filtro shunt resonante rango5 y filtro amortiguado

en rango7? Impedancia armónica

• Rango 5: impedancia se reduce a laresistencia de la inductancia

• Rango 7: la baja impedancia puramente

resistiva del filtro amortiguado, reduce la

tensión armónica de este rango

• Para rangos superiores la curva de

impedancia del filtro amortiguado favorece

la reducción de las tensiones armónicascorrespondientes

? Deformación de las tensiones

• THD(U)=1,96%

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