9/4/2015 GeneralidadessobrelosarmnicosysuinfluenciaenlossistemasdedistribucindeenergaMonografias.com
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Generalidadessobrelosarmnicosysuinfluenciaenlossistemasdedistribucindeenerga
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2.3. Origendelosarmnicos4. Principalesdisturbanciascausadasporarmnicosdecorrienteyvoltaje5. Frecuenciasdelosarmnicos6. Armnicacero7. Diferentesformasdeondadelatensinylacorriente8. ndicesdedistorsinarmnica9. Estudiodelosarmnicoseneldominiodelafrecuencia
10. Diversidadycurvasdelcontenidodearmnicos11. Contenidonormaldearmnicos12. Flujodepotenciaarmnico13. Rediseodesistemasdedistribucinodelainstalacinelctricadelusuario14. Mtodosparaanalizarlosarmnicos15. Recomendacionesparadisminuirelefectodelosarmnicos16. Referencias
INTRODUCCION.
Enunsistemadepotenciaelctrica,losaparatosyequiposqueseconectanal,tantoporlapropiaempresacomoporlosclientes,estndiseadosparaoperara5060ciclos,conunatensinycorrientesinusoidal.Pordiferentesrazones,sepuedepresentarunflujoelctricoaotrasfrecuenciasde5060ciclossobrealgunaspartesdelsistemadepotenciaodentrodelainstalacindeunusuario.Laformadeondaexistenteestacompuestaporunnmerodeondassinusoidalesdediferentesfrecuencias,incluyendounareferidaalafrecuenciafundamental.Enlafigura1seobservaladescomposicindeunaondadistorsionadaenunaondasinusoidalalafrecuenciafundamental(60Hz)msunaondadefrecuenciadistinta.Eltrminocomponentearmnicoosimplementearmnico,serefiereacualquieradelascomponentessinusoidalesmencionadaspreviamente,lacualesmltiplodelafundamental.Laamplituddelosarmnicosesgeneralmenteexpresadaenporcientodelafundamental.
Figura1[4].Descomposicindeunaondadistorsionada
Losarmnicossedefinenhabitualmenteconlosdosdatosmsimportantesquelescaracterizan,queson:
suamplitud:hacereferenciaalvalordelatensinointensidaddelarmnico,suorden:hacereferenciaalvalordesufrecuenciareferidoalafundamental(60Hz).As,unarmnicodeorden3tieneunafrecuencia3vecessuperioralafundamental,esdecir3*60Hz=180Hz.
Elordenelarmnico,tambinreferidocomoelrangodelarmnico,eslaraznentrelafrecuenciadeunarmnicofnylafrecuenciadelfundamental(60Hz).
(Porprincipio,lafundamentalf1tienerango1).
CualquierfenmenoperidicopuedeserrepresentadoporunaseriedeFourier:
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Donde:
=Eslacomponentedecorrientedirecta,lacualesgeneralmenteceroensistemaselctricosdedistribucin[1].
Valorrmsdelacomponente(nth)armnica.
Angulodefasedelacomponente(nth)armnicacuandot=0.
Losarmnicosporencimadelorden23sondespreciables[1].
Lacantidaddearmnicosesgeneralmenteexpresadaentrminosdesuvalorrmsdadoqueelefectocalorficodependedeestevalordelaondadistorsionada.
Paraunaondasinusoidalelvaloreficazeselmximovalordivididoporrazde2.Paraunaondadistorsionada,bajocondicionesdeestadoestable,laenergadisipadaporelefectoJouleeslasumadelasenergasdisipadasporcadaunadelascomponentesarmnicas:
Donde:
otambin: (suponiendoquelaresistenciasetomecomounaconstante)
Esteclculopermiteintuirunodelosprincipalesefectosdelosarmnicosqueeselaumentodelaintensidadeficazqueatraviesaunainstalacindebidoalascomponentesarmnicasquellevaasociadaunaondadistorsionada.
Elporcientodearmnicoyladistorsintotalarmnicacuantificanladisturbanciaarmnicaquepuedeexistirenunareddesuministroelctrico.
Latasadearmnicosoporcientodearmnicos,expresalamagnituddecadaarmnicoconrespectoalafundamental.
Ladistorsintotalarmnica(THD),cuantificaelefectotrmicodetodoslosarmnicos.LaCIGREproponelasiguienteexpresinparaelclculodeestamagnitud:
THD
Donde:
:Magnituddelarmnicon.
:Magnituddelaondadefrecuenciafundamental.
ORIGENDELOSARMONICOS.
Engeneral,losarmnicossonproducidosporcargasnolineales,locualsignificaquesuimpedancianoesconstante(estenfuncindelatensin).Estascargasnolinealesapesardeseralimentadasconunatensinsinusoidaladsorbenunaintensidadnosinusoidal,pudiendoestarlacorrientedesfasadangulojrespectoalatensin.Parasimplificarseconsideraquelascargasnolinealessecomportancomofuentesdeintensidadqueinyectanarmnicosenlared.
Lascargasarmnicasnolinealesmscomunessonlasqueseencuentranenlosreceptoresalimentadosporelectrnicadepotenciatalescomo:variadoresdevelocidad,rectificadores,convertidores,etc.Otrotipodecargastalescomo:reactanciassaturables,equiposdesoldadura,hornosdearco,etc.,tambininyectanarmnicos.Elrestodelascargastienenuncomportamientolinealynogeneranarmnicosinductancias,resistenciasycondensadores.
Existendoscategorasgeneradorasdearmnicos.Laprimeraessimplementelascargasnolinealesenlasquelacorrientequefluyeporellasnoesproporcionalalatensin.Comoresultadodeesto,cuandoseaplicaunaondasinusoidaldeunasolafrecuencia,lacorrienteresultantenoesdeunasolafrecuencia.Transformadores,reguladoresyotrosequiposconectadosalsistemapuedenpresentaruncomportamientodecarganolinealyciertostiposdebancosdetransformadoresmultifaseconectadosenestrellaestrellaconcargasdesbalanceadasoconproblemasensupuestaatierra.Diodos,elementossemiconductoresytransformadoresquesesaturansonejemplosdeequiposgeneradoresdearmnicos,estoselementosseencuentranenmuchosaparatoselctricosmodernos.Invariablementeestacategoradeelementosgeneradoresdearmnicos,loharnsiemprequeestnenergizadosconunatensinalterna.Estassonlasfuentesoriginalesdearmnicosquesegeneransobreelsistemadepotencia.
Elsegundotipodeelementosquepuedengenerararmnicossonaquellosquetienenunaimpedanciadependientedelafrecuencia.Paraentenderestomsfcilmentemencionaremosalgunosconceptosprevios.Enlafigura2seharepresentadolavariacindelaimpedanciadeunainductanciarespectoalafrecuencia.Lafrmulaquedeterminadichafuncineslasiguiente:
XL=Lxwx2xpxf
Anlogamente,enlafigura3seharepresentadolamismacurvaparaunaimpedanciacapacitiva.
Lafrmulaquedeterminadichafuncines:
Paraverelgrficoseleccionelaopcin"Descargar"delmensuperior
Figura2[4].VariacindelaimpedanciainductivaenFigura3[4].Variacindelaimpedancia
funcindelafrecuenciacapacitivaenfuncindelafrecuencia.
Osea,aunadeterminadafrecuenciapuedentenerunaimpedanciaconstanteperosuimpedanciavaraenfuncindelafrecuencia,ejemplo3Wa60ciclos,5Wa120ciclos,etc.,Filtroselctricosyelectrnicos,servomecanismosdemotores,variadoresdevelocidaddemotorestienenestascaractersticas.Estostiposdeelementosnogeneranarmnicossisonenergizadosconunatensindeunasolafrecuencia,sinembargo,sidistorsionanlaentrada,siexistemsdeunafrecuenciaypuedenalterarelcontenidodearmnicos.Estoselementospuedenmitigaroincrementarelproblemadelcontenidodearmnicos.Lasdoscategorasdeequiposgeneradoresdearmnicos,puedenoriginarunainteraccincomplejaenlacuallaenergadelosarmnicosestransformadaomultiplicadadeunafrecuenciaaotra.
Enlatabla1seindicanloselementosgeneradoresdearmnicosmscomunes.Endeterminadascircunstanciaslasobrecargaodaodeequipospuedenserlacausadegeneracindearmnicos.Lagrancantidaddelosarmnicosenlamayoradelossistemasdepotenciasongeneradosporlosequiposde
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losusuarios.
Losusuariosresidenciales,comercialeseindustriales,tienenunagrancantidaddeequiposcomohornosdemicroondas,computadoras,sistemasconcontrolrobtico,televisin,VCR,estreosyotrosequipos.Todosestosequiposcontribuyenconlageneracindecantidadesvariablesdearmnicos.Anventiladoreselctricosysimplesmotoresdeinduccintrabajandosobrecargadospuedencontribuiralacreacindearmnicos.Lassalidasdearmnicosdeestosmltiplesaparatospuedensumarseyoriginarproblemasenelsistemadepotencia.
Lossistemasdeiluminacindeltipolmparasdedescargaolmparasfluorescentessongeneradoresdearmnicosdecorriente.Unatasadel25%deltercerarmnicoesobservadaenciertoscasos[1].Latasaindividualdelarmnico3ropuedeinclusosobrepasarel100%paraciertaslmparasfluocompactadasmodernas[2],yportantohayqueprestarunaatencinespecialenelclculodelaseccinylaproteccindelneutro,yaqueesteconducelasumadelascorrientesdeterceraarmnicadelastresfases,porloquepuedesersometidoapeligrosossobrecalentamientossinoesseleccionadoadecuadamente.
Laimpedanciadeunreactorsaturadoestvariandoconlacirculacindecorrienteatravsdeella,resultandoenunaconsiderabledistorsindecorriente.Esteeselcasoporejemplodetransformadoressincargasometidosaunsobrevoltajecontinuo.
Lasmquinasrotativasproducenarmnicosderanuraderangoelevadoydeamplitudnormalmentedespreciable.Laspequeasmquinassincrnicassonsinembargo,generadorasdetensionesarmnicasde3erordenquepuedentenerunaincidenciasobre:
Elcalentamientopermanente(aunsindefecto)delasresistenciasdepuestaatierradelneutrodelosalternadores.Elfuncionamientodelosrelsamperimtricosdeproteccincontralosdefectosdeaislamiento.
Losarmnicossonatenuadosdeunamaneranormalamedidaquelapotenciaelctricaesadsorbida.Enraroscasospuedencontribuiralapotenciarealquetomaunmotorperoesmuyraroynopresentanningnefectopositivo,engenerallosarmnicosproducencaloramedidaquecirculanporlosconductoresyaparatoselctricos.Porotroladocuandolosarmnicossecombinanconarmnicosgeneradospordiferentesfuentes,puedenpropagarseadiferentesdistancias.
Tabla1.
Fuentesdefrecuenciaarmnicas
ConvertidoresdeACDC Elementosmagnticossaturables
HornosdearcoACDC Capacitoresenparalelo
Balastrosdelmparasfluorescentes Variadoresdevelocidaddemotores
Motoresdeinduccinsobrecargados Oscilacionesdebajafrecuencia
Convertidoresmultifase Problemasdeneutro
Capacitoresserie
CorrientedeInrush
Transformadoresestrellaestrella
Fuentesdefrecuencianoarmnicas.
Controladoresdevelocidad Convertidoresdefrecuencia
Motoresdeinduccindedoblealimentacin. Motorgeneradormalpuestoatierra.
Latabla2[4]muestraalgunoselementoselctricosgeneradoresdearmnicosyelespectrodecorrienteinyectadoporlosmismos.
Tabla2.Receptoresyespectrodecorrientesarmnicasinyectadaspordiferentescargas.
PRINCIPALESDISTURBANCIASCAUSADASPORARMONICOSDECORRIENTEYVOLTAJE.
Losarmnicosdecorrienteyvoltajessobrepuestosalaondafundamentaltienenefectoscombinadossobrelosequiposydispositivosconectadosalasredesdedistribucin.
Paradetectarlosposiblesproblemasdearmnicosquepuedenexistirenlasredeseinstalacionesesnecesarioutilizarequiposdemedidadeverdaderovaloreficaz,yaquelosequiposdevalorpromediosloproporcionanmedidascorrectasenelcasodequelasondasseanperfectamentesinusoidales.Enelcasoenquelaondaseadistorsionada,lasmedidaspuedenestarhastaun40%pordebajodelverdaderovaloreficaz[4].
Elefectoprincipalcausadoporlosarmnicosconsisteenlaaparicindevoltajesnosinusoidalesendiferentespuntosdelsistema.Ellossonproducidosporlacirculacindecorrientesdistorsionadasatravsdelaslneas.Lacirculacindeestascorrientesprovocacadasdevoltajedeformadasquehacenquealosnodosdelsistemanolleguenvoltajespuramentesinusoidales.Mientrasmayoresseanlascorrientesarmnicascirculantesatravsdelosalimentadoresdeunsistemaelctricodepotencia,msdistorsionadassernlosvoltajesenlosnodosdelcircuitoymsagudoslosproblemasquepuedenpresentarseporestacausa.
Losvoltajesnosinusoidalessoncausantesdenumerososefectosqueperjudicanlosequiposconectadosalsistema.Entreestosefectossepuedenmencionarlareduccindelavidatildelequipamientodepotenciaascomoladegradacindesueficienciayfuncionamientoengeneral.
Losefectosperjudicialesdeestosarmnicosdependendeltipodecargaencontrada,eincluye:
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Efectosinstantneos.Efectosalargoplazodebidoalcalentamiento.
Efectosinstantneos:Armnicosdevoltajespuedendistorsionarloscontrolesusadosenlossistemaselectrnicos.Ellospuedenporejemploafectarlascondicionesdeconmutacindelostiristoresporeldesplazamientodelcruceporcerodelaondadevoltaje.
Losarmnicospuedencausarerroresadicionalesenlosdiscosdeinduccindelosmetroscontadores.Porejemplo,elerrordeunmetroclase2serincrementadoun0.3%,enpresenciadeunaondadetensinycorrienteconunatasadel5%parael5oarmnico[1].
Lasfuerzaselectrodinmicasproducidasporlascorrientesinstantneasasociadasconlascorrientesarmnicascausanvibracionesyruido,especialmenteenequiposelectromagnticos(transformadores,reactores,entreotros).
Torquesmecnicospulsantes,debidoacamposdearmnicosrotatoriospuedenproducirvibracionesenmquinasrotatorias.
Disturbanciassonobservadascuandolneasdecomunicacinycontrolsondistribuidasalolargodedelneasdedistribucinelctricasqueconducencorrientesdistorsionadas.Parmetrosquedebentenerseencuentaincluyen:lalongitudqueseencuentrandichaslneasenparalelo,lasdistanciasentrelosdoscircuitosylasfrecuenciasarmnicas(elacoplamientoaumentaconlafrecuencia).
Losarmnicossoncausantesdenumerososproblemasdeoperacinenlossistemasdeproteccin.Entreellosestalaoperacinincorrectadefusibles,deinterruptores(breakers)yequiposy/osistemasdigitalesdeproteccin[7].
Paraelcasodeequiposprotegidoscontrasobrevoltajescuyossistemasdeproteccintambinestndiseadosparaoperarconvoltajessinusoidales,estospuedenoperarincorrectamenteantelaaparicindeformasdeondanosinusoidales.Estaoperacinincorrectapuedeirdesdelasobreproteccindelequipohastaladesproteccindelmismoporlanooperacinanteunaformadeondaquepodradaarlodeformasevera.Elcasotpicosepresentaanteformasdeondaquepresentanpicosagudos.Sieldispositivodemedicinestadiseadopararesponderantevaloresrmsdelaformadeonda,entoncesestoscambiosabruptospudieranpasarsinserdetectadosyconllevaranaladesproteccindelequipoanteaquellospicosagudosdainos,quenoprovoquenunaumentonotabledelamagnitudmediocuadrticasensada.Tambinpudieraocurrirelcasocontrario,eldisparoantevaloresnodainosparaelequipoprotegido[7].Enestoscasoselajustedelaproteccindeberdependerdelascaractersticasdelaformadeonda:voltajespicoyrms,tiempodecrecimientodelaonda,entreotros.Lasproteccionesconvencionalesnotienenencuentatodosestosparmetrosyloquetomancomobasedelprocesodeproteccin,lohacensobrelasuposicindequelaformadeondaespuramentesinusoidallocualpuedeseraceptadoparaalgunasformasdeondaperoincorrectoparaotrasquepuedenserdainas[7].
Efectosalargoplazo:Elprincipalefectoalargoplazodelosarmnicoseselcalentamiento.
Calentamientodecapacitores:
Lasprdidascausadasporcalentamientosondebidasadosfenmenos:conduccinehistresiseneldielctrico.Comounaprimeraaproximacin,ellassonproporcionalesalcuadradodelvoltajeaplicadoparaconduccinyalafrecuenciaparahistresis.Loscapacitoressonporconsiguientesensiblessobrecargas,tantodebidoaunexcesivovoltajealafrecuenciafundamentaloalapresenciadetensionesarmnicas.
Estasprdidassondefinidasporelngulodeprdida delcapacitorcuyatangenteeslaraznentrelasprdidasylaenergareactivaproducida,estoserepresentaenlafigura2.
Paraverelgrficoseleccionelaopcin"Descargar"delmensuperior
Figura2.Tringulorelacionadoconlapotenciadelcapacitor,(potenciaactiva(P),reactiva(Q),aparente(R)).
Valoresdealrededorde104delafundamentalpuedensercitadosparatand[1,2].Elcalorproducidopuedeconduciraunrompimientodielctrico.
Calentamientodebidoaprdidasadicionalesenmquinasytransformadores:
Prdidasadicionalesenelestator(cobreyhierro)yprincipalmenteenelrotor(devanadodeamortiguamiento,ycircuitomagntico)demquinascausadasporladiferenciaconsiderableenvelocidadentreelcamporotatorioinducidoporlosarmnicosyelrotor.
Enlostransformadoresexistirnprdidassuplementariasdebidoalefectopelicular,elcualprovocaunincrementodelaresistenciadelconductorconlafrecuencia,tambinhabrunincrementodelasprdidasporhistresisylascorrientesdeeddyoFoucault(enelcircuitomagntico).
Calentamientodecablesyequipos:
Lasprdidassonincrementadasencablesqueconducencorrientesarmnicas,loqueincrementalatemperaturaenlosmismos.Lascausasdelasprdidasadicionalesincluyen:
Unincrementoenlaresistenciaaparentedelconductorconlafrecuencia,debidoalefectopelicular.Unaumentodelvaloreficazdelacorrienteparaunamismapotenciaactivaconsumida.Unincrementodelasprdidasdielctricasenelaislamientoconlafrecuencia,sielcableessometidoadistorsionesdetensinnodespreciables.Elfenmenorelacionadoconlaproximidad,deenvolventes,depantallas(conductoresrevestidos)puestasatierraenambosextremos,entreotros.
Deunaformageneraltodoslosequipos(cuadroselctricos)sometidosatensionesoatravesadosporcorrientesarmnicas,sufrenmsprdidasydebernserobjetodeunaeventualdisminucindeclase.Porejemplo,unaceldadealimentacindeuncondensadorsedimensionaparaunaintensidadiguala1.3veceslacorrientereactivadecompensacin.Estesobredimensionamientonotieneencuentasinembargoelaumentodelcalentamientodebidoalefectopelicularenlosconductores.
Muchasdelasanomalasqueocasionalacirculacindecorrientesdefrecuenciasquenosonpropiamentedelsistema,atravsdelydelosequiposconectados,causandoenocasionesproblemasdeoperacin,tantoalaempresasuministradoracomoalusuario,sedebenalassiguientesrazones:
1. Lasfrecuenciasdelflujodepotenciadetensionesycorrientessobrepuestasalasondasdeflujode5060ciclos,originanaltastensiones,esfuerzosenlosaislamientos,esfuerzostrmicoseincrementanlasprdidaselctricas.
2. Muchosaparatoselctricossondiseadosparaaceptaryoperarcorrectamenteenpotenciade5060ciclos,peronorespondenbienacantidadessignificantesdepotenciaadiferentesfrecuencias.Estopuedecausarruidoenelequipoelctrico,problemasmecnicosyenelpeordeloscasosfalladelequipo.
3. Losarmnicosgeneradosenunsistemaelctricopuedencrearnivelesaltosderuidoelctricoqueinterfieranconlaslneastelefnicascercanas.4. Lapresenciadefrecuenciasdiferentesalanominalenlatensinyenlacorriente,regularmentenosondetectablesporunmonitoreonormal,por
medicionesoporelequipodecontrolporloquesupresencianosenota.Porejemplolosmedidoresresidencialesmonofsicosnodetectanfrecuenciasmuchomsarribade6ciclos.Frecuentementelaprimeraindicacindelapresenciasignificativadearmnicosescuandocausanproblemasdeoperacinofallasdelequipo.
Latabla3,extradade[4]muestratambinalgunosefectosdainosqueocasionanlosarmnicossobreloselementoselctricos.
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Tabla3.Efectosdelosarmnicosendispositivoselctricos.
En[3]semencionanalgunosefectosperjudicialesqueocasionanlosarmnicosenlosaparatosysistemasdepocacorriente:
Elmalfuncionamientodeciertosaparatosqueutilizanlatensincomoreferenciaparaelcontroldelossemiconductoresocomobasedetiemposparalasincronizacindeciertosequipos.Perturbacionesporquesecreancamposelectromagnticos.As,cuandolosconductoresdebajaintensidadodetransmisindedatosestnmuyprximosacablesdegranpotenciaporlosquecirculancorrientesarmnicas,pueden,porinduccin,serreceptoresdecorrientesquepuedenprovocarfallosenelfuncionamientodeloselementosconectadosaellos,Porltimo,lacirculacindecorrientesarmnicasporelneutroprovocaunacadadetensinenelconductor,as,sielsistemadepuestaatierradelneutroeselTNC,lasmasasdelosdiversosequiposnoquedanalamismatensin,loqueporsupropianaturalezaprovocaperturbacionesenlosintercambiosdeinformacinentrereceptoresinteligentes.Adems,haycirculacindecorrientesporlasestructurasmetlicasdelosedificiosy,portanto,creacindecamposelectromagnticosperturbadores.
Efectosenlosfiltrospasivos.
Enlosfiltrospasivostambinpuedenaparecerproblemasdesobreesfuerzodelaislamientoporsobretensinosobrecorrienteensuselementoscomponentes.Comoestosfiltrossonlosmsempleadosenladescontaminacinarmnicadelossistemaselctricosdebidoasubajocostoeconmicoyfacilidaddeoperacintambinsehacenecesariotenerencuentaeneldiseodelosmismoslapresenciadearmnicos.
Efectosenlosequiposelectrnicossensibles.
Existennumerososequiposmodernosquesonmuysensiblesaloscambiosproducidosenelvoltajedealimentacindelosmismos.Entreellosestn:lascomputadoras,losmodems,lastarjetasdeelectrnicacompleja(decaptacindedatos,decomunicaciones,etc.),lascargasregistradorasymuchosotrosequiposdomsticosydeoficina.Estosequiposalestarconstituidosporcomplejasydelicadasconfiguracionesdeelementosdebajapotencia,necesitandeunafuentedealimentacinmuyestablequelesproveadeunvoltajedcderizadocasinulo.Paraellonecesitandeunafuenteprimariadeacydeunbloquerectificadorconfuentedevoltajeestabilizada.Enalgunoscasosestebloquedealimentacinnoposeeelgradodeinvulnerabilidadnecesarioparasoportarciertosgradosdedistorsindelaondadevoltaje.Porestaraznlosdelicadoscircuitossonsometidosavariacionesnotablesenelladodcdesusfuentes,afectandoelfuncionamientodelosmismos.Estaeslacausadelrearranquedecomputadorasydelaprdidadecontroldelascajasregistradorassometidasavoltajesaltamentecontaminados.Adems,losequiposconaltoniveldeintegracinensuselementoscomponentesqueestnsometidosavoltajesdistorsionadosporarmnicosduranteprolongadosperodosdetiempo,puedenpresentardaosirreparables.Ensugranparteestosdaosprovocanlainutilidadtotaldelcomponenteintegradodelequipoencuestin.
Enelcasodelosequiposquenecesitandeunpotencialdetierranulo,siestnconectadosaconductoresdeneutroporlosquecirculancorrientesdearmnicos,entoncessevernsometidosavoltajesdeneutroatierraciertamentepeligrososquepuedencausarlesdaos.
Existenademsequiposelectrnicosquenecesitansensarlasmagnitudesdefaseparatenerunanocindetiempoconrespectoaloscomienzosdelosperodosdelascorrientesyvoltajesdealimentacin.Normalmentebasansufuncionamientoenladeteccindelcruceporcerodelasmagnitudesquechequean.Cuandoestasestnsometidasalosefectosdedistorsindelascargasnolineales,puededarseelcasodequeaparezcancrucesporcerodelasformasdeondaenmomentosquenocoincidenconelcambiodesignodellbulo(positivoonegativo)delaondaquesetomedereferencia.Estasdeteccionesincorrectaspuedendarlugaraoperacioneserrneasyenalgunoscasosalnofuncionamientodelosequiposquecontrolan.
Efectosenlostransformadores.
Aunquelostransformadoressondimensionadosparalaoperacinconcargasde60Hz,cuandoestosalimentancargasnolinealesevidencianunincrementonotableensusprdidastantoenlasdencleocomolasdecobre.
Corrientesarmnicasdefrecuenciasmsaltasprovocanprdidasdencleoincrementadasenproporcinalcuadradodelacorrientedecargarmsproporcinalcuadradodefrecuenciadebidoalefectopelicular.Elincrementoenlasprdidasdecobresedebealacirculacindecorrientesarmnicasdesecuenciapositivaynegativatransportadasenlosconductoresdefaseprovenientesdecargasgeneradorasdearmnicosmonofsicasytrifsicas,yalacirculacindelascorrientesarmnicastriplesdesecuenciaceroquesontransportadasenlosconductoresneutrosdesdelascargasmonolinealesgeneradorasdearmnicos.
Losarmnicostriplesdesecuenciacerosesumanalgebraicamenteenelneutroypasanatravsdelsistemadedistribucinhastaquealcanzanuntransformadorconectadoendeltaestrella.Cuandolascorrientesdeneutrodearmnicostriplesalcanzanuntransformadordeltaestrellalamismaesreflejadadentrodeldevanadoprimarioendeltadondecirculaycausasobrecalentamientoyfallaseneltransformador.
Efectoenelconductorneutro.
Eldiseodecircuitosramalesenelpasadohabapermitidounconductorneutrocomnparatrescircuitosmonofsicos.Lalgicadentrodeestediseofuequeelconductorneutrocargarasolamenteconlacorrientededesbalancedelastrescargasmonofsicas.Unconductorneutrocomnparecaadecuadoparalascargasyeraeconmicamenteeficientepuestoqueuningenierodediseobalancearalascargasduranteeldiseo,yunelectricistabalancearalascargasdurantesuconstruccin.Enmuchosejemploselconductorneutrosedisminuaentamaoconrespectoalosconductoresdefaseporlasmismasrazones.
Bajocondicionesbalanceadasdeoperacinencargasmonofsicasnolineales,elneutrocomndelostrescircuitosmonofsicosesportadordearmnicostriplesdesecuenciacero,loscualessonaditivosenelconductorneutro.Bajocondicionesdedesbalance,elneutrocomnllevacorrientescomprendidasporlascorrientesdesecuenciapositivaprocedenteseldesbalancedelsistema,lascorrientesdesecuencianegativaprocedentesdeldesbalancedelsistema,ylascorrientesaditivasdesecuenciaceroprocedentesdelosarmnicostriples.Unconductorneutrocomnparatrescircuitosramalesmonofsicos,puedefcilmentesobrecargarsecuandoalimenta,cargasnolinealesbalanceadasodesbalanceadas.
Lascorrientesexcesivasenelconductorneutroprovocancadasdevoltajesmayoresquelosnormalesentreelconductorneutroytierraenlastomasde120volts.Estopuededesestabilizarlaoperacindelequipamientoelectrnicosensible,talescomocomputadoras,quepuedenrequerirdeunreceptculodetierraaislado.
Lasbarrasdeneutrodelapizarradecontrolrepresentanelprimerpuntocomndeconexindelascargasmonofsicasconectadasendelta.Recurdesequelascorrientesarmnicasdesecuenciapositivaynegativa,asumiendocargasbalanceadas,secancelanencualquierpuntocomndeconexin.Labarradelconductorneutrotambinpuedesobrecargarsedebidoalosefectosdecancelacindelascorrientesarmnicasdesecuenciapositivaynegativa
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entrelosconductoresquesirvenadiferentescargas.
Adems,lascorrientesarmnicastriplesdesecuenciacerofluyenenlosconductoresneutros,apesardelbalancedelascargas.Lascorrientesarmnicastriplessolamente,puedensobrecargarlasbarrasdeneutro.Enlaprctica,losconductoresneutrosdecircuitosramalesindividualesportancorrientesarmnicasdesecuenciapositivaynegativaprovenientesdelosdesbalancesdefasejuntoalascorrientesdearmnicostriplesdesecuenciageneradosporlacarga.Lasbarrasdeneutroquesondimensionadasparallevarelvalorcompletodelacorrientedelacorrientenominaldefasepuedenfcilmentesobrecargarsecuandoelsistemadedistribucindepotenciaalimentacargasnolineales.
Losarmnicosyelefectopelicular.
Elefectopeliculareselfenmenodondelascorrientesalternasdealtafrecuenciatiendenafluircercadelasuperficiemsexternadeunconductorquefluircercadesucentro.Estosedebealhechodequelasconcatenacionesdeflujonosondedensidadconstanteatravsdelconductor,sinoquetiendenadecrecercercadelasuperficiemsexterior,disminuyendolainductanciaeincrementandoelflujodecorriente.Elresultadonetodelefectopelicularesqueelreatransversalefectivadelconductoresreducidaamedidaquelafrecuenciaesincrementada.Mientrasmayoreslafrecuencia,menoreselreatransversalymayoreslaresistenciaac.Cuandounacorrientedecargaarmnicaestafluyendoenunconductor,laresistenciaantecorrientealternaequivalente,Rac,paraelconductoreselevada,aumentandolasprdidasdecobreI2Rac.
Esteeselefectoqueprovocaquenumerososequipos,adiferentesnivelesenlossistemasdedistribucindepotencia,seveansometidosasobrecalentamientosexcesivos.Aellocontribuyetambinelincrementodelascorrientesdebidoalacirculacindelosarmnicosdelasdiferentessecuencias.Estesobrecalentamientoeselquecausafallasporlaprdidadelniveldeaislamientoenmotores,transformadores,inductoresyalimentadoresengeneral.
Efectosenloscondensadores.
Laimpedanciadeloscondensadoresdisminuyealaumentarlafrecuencia.Portanto,silatensinestdeformada,porloscondensadoresqueseusanparalacorreccindelfactordepotenciacirculancorrientesarmnicasrelativamenteimportantes.Porotraparte,laexistenciadeinductanciasenalgnpuntodelainstalacintieneelriesgodequeseproduzcanresonanciasconloscondensadores,loquepuedehaceraumentarmucholaamplituddelosarmnicosenlosmismos.Estefenmenoderesonanciapuedeocasionarqueseaperforadoelaislamientodeloscapacitores,provocandodaosseveros.Estaperforacinpuedeocurrirtantoporpicosdevoltajecomodecorrienteatravsdelosmismosancuandoeldiseobsico(alafrecuenciadeoperacin)preveapocasposibilidadesdefallaantelospicosdecargasoperadosyalosnivelesdevoltajeydecorrientesesperados.
Enlaprctica,noserecomiendaconectarcondensadoreseninstalacionesquetenganunatasadedistorsinarmnicasuperioral8%[3].
Esquemaequivalentedeunainstalacintipo.
Paraprocederalanlisisarmnicodeunainstalacin,serealizaunamodelizacindelaredconsiderandolascargasnolinealescomofuentesdeintensidadarmnicas.
Enlafigura5seharepresentadounainstalacintipoenlaquesehanagrupadotodaslascargasdelainstalacinentrestipos:
Cargasgeneradorasdearmnicos.Cargasnogeneradoras(lineales).Condensadoresparacompensacindelaenergareactiva.
Paraverelgrficoseleccionelaopcin"Descargar"delmensuperior
Figura5[4].Modelizacindeunainstalacintipo
Lafigura6muestraelesquemaequivalentedelainstalacinmodelizadaanteriormentevistodesdeelbarrajegeneraldebajatensin.Todosloselementoselctricossituadosaguasarribadelbarrajedebajatensin(eltransformadorylaimpedanciadelared)sonvistoscomounaimpedanciainductiva[4].
Paraverelgrficoseleccionelaopcin"Descargar"delmensuperior
Figura6[4].Esquemaequivalentedelainstalacin.
Laresonanciaparalelo.
Comosemuestraenlafigura6,apareceunaimpedanciainductiva(transformador,conductor)enparaleloconlabateradecondensadores.
Estaasociacininductanciaycondensadorenparaleloprovocaelfenmenodelaresonanciaparalelodelsistema,porlocual,aunafrecuenciadeterminada,elvalordelaimpedanciainductivadelsistemasehacemuyelevado.Larepresentacindelaimpedanciaenfuncinlafrecuenciaparaunsistemaquerepresentaresonanciaparaleloserepresentaenlafigura7,dondetambinserepresentalaimpedanciadelsistemasinbateradecondensadores.
Paraverelgrficoseleccionelaopcin"Descargar"delmensuperior
Figura7[4].Resonanciaparaleloyfactordeamplificacin
Enestafigura7,seobservaladiferenciadeimpedancias:
Z1:impedanciadelainstalacinsinbateradecondensadores,Z2:impedanciadelainstalacinconbateradecondensadores.
Ladiferenciaentreestosdosvaloresdeimpedanciaeselfactordeamplificacin.Lapresenciadeunabateradecondensadoresenunainstalacin,inclusivelapropiacapacitanciaatierradeunsistemadedistribucinnogeneraarmnicos,sinembargo,puedenamplificarlosarmnicosexistentesagravandoelproblema.
Porotrolado,elcondensadoresunodeloselementosmssensiblesalosarmnicosyaquepresentaunabajaimpedanciaafrecuenciaselevadasyadsorbelasintensidadesarmnicasmsfcilmentequeotrascargasreduciendoconsiderablementelavidadeloscondensadores.
Paracomprobardeunaformarpidasienunaredpuedeexistirunriesgoimportantedequesepresenteelfenmenodelaamplificacin,sedebeanalizarlosiguiente:
Quehayaarmnicosquepuedanseramplificados,esdecir,quelafrecuenciaderesonanciaparalelodelsistemacoincidaconunrangoprximoaldelosarmnicospresentesenlainstalacin.Lafrecuenciaderesonanciasepuedecalcularestimativamenteconlasiguienteexpresin[2,6]:
Donde:
frp:Frecuenciaderesonaciaparalelo.
Scc:Potenciadecortocircuitoenelpuntodeconexindelabatera.
Q:Potenciadelabateradecondensadores.
Generalmente,SseexpresaenMVAyQenMVAr.
Queelfactordeamplificacintengaunvalorimportante[4]:
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Donde:
FA:Factordeamplificacin.
Pcc:Potenciadecortocircuitoenelpuntodeconexindelabateradecondensadores.
Q:Potenciadelabateradecondensadores(kVAr)
P:Potenciaactivadelainstalacin(kW).
Consecuenciasprcticas:
Sielordendeunacorrientearmnicainyectadaporlafuenteperturbadoracorrespondealordendelaresonanciaparalelo,existeelriesgodesobretensionesarmnicas,particularmentecuandolaredestpococargada.Lascorrientesarmnicassonentoncesintensasenloscomponentesdelared,yrepresentanunciertopeligroparaloscondensadores.Sielordendelaresonanciaparalelocorrespondealordendelafrecuenciadelosequiposdetelemandodeldistribuidor(delacompaadistribuidora),existeriesgodeperturbacionesenestosequipos.
Resonanciaserie
Laresonanciaserieaparececonlaconexinseriedereactanciainductivayunacapacitiva.ExistirunadeterminadafrecuenciaqueharcerolaimpedanciadelconjuntoLCserie.
Bajocondicionesderesonanciaenserie,elsistemaofreceunaimpedanciamuybajaavoltajesarmnicosdefrecuenciaigualaladeresonancia.Porlotanto,voltajespequeosarmnicosenelsistemapuedenoriginarcorrienteselevadasdearmnicosenlosequipos.
Estefenmenoesutilizadoparafiltrarlosarmnicosenunainstalacin[4].
Sntomasdedistorsinarmnicaenequipodedistribucin.
Loscomponentesdelossistemasdedistribucindepotenciaconducencorrientesyporconsiguiente,sonsensiblesaladistorsindecorriente.Estadistorsinnosllevaaevaluarnuevamentemuchosdelosconceptosnormalesqueserefierenaelectricidad,especialmenteconrespectoalsistemadepotencia.
Primeroyprincipalmente,ladistorsindecorrienteyvoltajedebenmedirseconunequipoRMSreal.SinoseespecificacomoRMSreal,probablementeesunmedidordetipopromedioqueproveedatosseriamenteimprecisos.
Segundo,debemoscambiarnuestroconceptodecargadetransformador.Cuandountransformadorconducecorrientedistorsionada,generamscalorporAmperequesilacorrientefuerasinusoidal.Estosignificaquelostransformadoressesobrecalentarnansinoestntotalmentecargadoselctricamente.DebeconsiderarseenladisminucindelapotenciadeltransformadoryelusodetransformadorestipoK.
Tercero,lasabiduracomndicequesiunsistemadetresfasestipoestrellaestbalanceado,nohabrcorrientesenelneutro.Cuandoexistenarmnicasdecorriente,algunasdelasarmnicasnosecancelanenelneutro,originandolecturasdealtacorrienteancuandoelsistemaestbalanceado.Puedenserposiblescorrientestanaltascomodel200%delosconductoresdefase[8].
Lascorrientesarmnicaspuedencausarquelosdesconectivos(dropouts)yfusiblesoperenincorrectamente.Anpensandoquelascorrientesnoexcedensuslmites,losdropoutssedispararn.Frecuentementeestoesdebidoalniveldecorrientequeesmedidaconunmedidortipopromedio.medidorpuedeindicar15A,mientrasquerealmenteexistenmsde27A.Eldesconectivoportafusible(dropout)estfuncionandocorrectamente,elmedidorno.
Tambinhayocasionesenquelasaltascorrientesdecargaselectrnicasdispararnlosdesconectivos.Silosdesconectivossedisparandeterminansihayunacarganolinealencendidaalmismotiempo.
FRECUENCIASDELOSARMONICOS.
Lasfrecuenciasdelosarmnicosquemsproblemasgeneranenelflujodepotencia,sonaquellasquesonmltiplosenterosdelafundamentalcomoson:120,180,240,300y360ciclos/segundosylasquesiguen.Obsrvesequelafrecuenciadelsistemaeslaprimerarmnica.
Encontrastelasfrecuenciasnoarmnicas,porejemplo217ciclos/segundo,generalmentesongeneradaseinyectadasalsistemadetransmisinydistribucinconalgnobjetivoespecial.Estoscasossonproducidosdeliberadamenteoenalgunoscasosinadvertidamente.
Esmsdifcildetectarunaarmnicaquenoesmltiplodelafrecuenciafundamental,porquenoalteralalongituddeondadelamismamanera,estosignificaquenoseveuncambioestableenelosciloscopiocuandoseestudialaonda,sinembargo,unavezquesedetectaesmuchomsfcilidentificarsuorigen.
ARMONICACERO.
Elflujodecorrientedirectaeslaarmnicadefrecuenciacero,lacontaminacinconcorrientedirectadeunsistemaopotenciaespartedeunestudiotericocompletodetodaslasarmnicas,yaseaeneldominiodeltiempoodelafrecuencia.Generalmentelapresenciadetensinocorrientedirectaesunasealdeunapobrepuestaatierra,severodesbalancedecargaodaodealgnequipo.Anconlapresenciadeunapequeaseal,existeelproblemadepuestaatierra,flujoenelconductorneutroodesbalanceinterno.
Comolasfrecuenciassonmltiplosenterosdelafrecuenciafundamental,lasarmnicasensusdiferentesfrecuenciassiempreestarnenfaseconlafundamentalysuimpactoesbsicamenteelmismo.Estosignificaqueladistorsinarmnicaquesepresentaenlaondade5060cicloseslamisma.
DIFERENTESFORMASDEONDADELATENSIONYLACORRIENTE.
Elresultadodelapresenciadecargasnolinealesesquelaformadeondadelacorrienteylatensinenelflujodepotenciapuedensermuyvariables.
Dehechocomolapresenciadearmnicassignificaquelacargaesnolineal,laformadeondadelatensinycorrientesondiferentes,mejordichosignificativamentediferentes.Esimportanteobservarcomoladistorsinarmnicaparaunsistemadepotenciaesmedidoyreportadoenbasealatensin,yaqueunsistemadepotenciaesdiseadoyseesperaqueoperecomounafuentedetensinconstante.Sinembargo,lossistemasdepotenciasoncasiunafuentedetensinconstante,lascargasnolinealesusualmenteoriginanmsdistorsinenlacorrientequeenlatensin.
INDICESDEDISTORSIONARMONICA.
Elmtodomsusadoparamedirladistorsinarmnicaenunsistemadepotenciaesladistorsintotalarmnica(THD),estepuedesercalculadoporlacorrienteoparalatensin,dependiendodedondesequieramedirladistorsin.Hayalmenosotrosdosndicesusadosenelanlisisarmnico,generalmenteaplicablesacircunstanciasespeciales.Estoincluyeelfactordeinfluenciatelefnica,quecomparaelcontenidoarmnicoenrelacinalsistematelefnico,elotrondiceeselfactorKqueestilparaestimarelimpactodelasarmnicasenlasprdidaselctricas.Sinembargo,enlamayoradeloscasosdondelasarmnicassonestudiadasenunsistemadepotenciaparaidentificarsufuenteodisearcomodeshacersedeellas,elndicededistorsinmsapropiadaeselTHD,medidoporseparadoparalatensinyparalacorriente.
Laadquisicindedatosdeunaformaperidica(cada30min)duranteunintervalodetiempoamplioyelanlisisposteriordeestosregistros,deformadiariaysemanal,paracadaordendearmnicoyparaTHD,puedeutilizarsecomometodologaparaestetipodeestudios[6].
Enalgunoscircuitos,unasemanademedicinpuedetomarsecomorepresentativa,siempreycuandolacurvadecargaseaaproximadamenteconstanteduranteelmes[6].
Debidoalainfluenciaquepuedenpresentarlostransformadoresdemedidaencuantoasaturacin,esnecesarioestablecerlafrecuencialmitede
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estudio.En[6]sehacereferenciaaquelostransformadoresdecorrientesonconfiablesenmedicionesenelrangode60a1500Hz,esdecir,losprimeros25armnicos.Laamplituddelarespuestadefrecuenciaesconstantedentrodeesterango,yelngulodefaseentrelaondadeentradaydesalidaesdespreciable.
ESTUDIODELOSARMONICOSENELDOMINIODELAFRECUENCIA.
Anlisisdearmnicoseneldominiodelafrecuenciaesenalgunoscasostil,ambascosas,analizarelcontenidoylarespuestadediferentesequiposcuandocirculanlosarmnicos,ytambinparaevaluarlaposibilidaddeaplicarequiposdiferenteseneldiseodefiltrosparadisminuirlapropagacindearmnicos.
DIVERSIDADYCURVASDELCONTENIDODEARMONICOS.
Comolapropiacarga,lageneracindearmnicosporlosusuariosvaraenfuncindeltiempo,siendoposiblegraficarcurvasdearmnicosenformasimilaralascurvasdecarga.Estavariacinenlageneracindearmnicosescausadaporlosmismosaparatoselctricosqueseconectanalafuentedepotenciaelctrica,siendovariablesconlahoradelda,eldadelasemana,laestacindelao,esdecir,enlamismaformaenquevarasucurvadecarga.Sinembargo,losarmnicosnosonproporcionalesalacargaonecesariamenteunafuncindelusodelosaparatoselctricos,frecuentementedependendeotrosfactoresqueoriginancambiosenlasimpedanciasdelsistema[9].
Losarmnicossumadosenunsistemadepotenciaenunadeterminadareaosobreunalimentador,estsometidoauncomportamientosimilaraldelfactordecoincidencia.Comolademandapico,elpicodearmnicoscreadoporungrupodeusuariosnoesigualalasumadelospicosindividualesdelosnivelesdearmnicosquepuedenoriginar,estosedebealossiguientes3factores:
I. Diversidadtemporal.Esidnticoenelconceptoyenlaaplicacinalacoincidenciaodiversidadaplicadaalademandamxima:diferentesusuariosproducensupicodearmnicosquesalendesusinstalacionesadiferenteshoras.Comolacarga,lospicosdearmnicostienenperodosdeunoscuantosminutosaunadeterminadahorasiguiendoelciclodeencendidoyapagadodelosdiferentesaparatoselctricos.Elnivelmximodearmnicosparaungrupodeusuariosocurrecuandolasumadesusdemandasesunmximo,ycomoellosnotienensudemandamximaalmismotiempo,estopuedesermuchomenorquelasumadelospicosdearmnicosdelosusuariosindividuales.
Conociendolasprincipalesfuentesdearmnicosenunsistemadepotencia,existeunanchorangodengulosdefaseenlosarmnicosgeneradosyciertacantidaddecancelacionesocurren.Sinembargo,atodoslosaparatoselctricosselesaplicalamismaformadeonda,locualtiendeasincronizarsucomportamiento.Simultneamentemuchasotrasfuentesestnunpocosincronizadas,condiversidadenfasequesepresenta,debidoalasdiferenciasenespecificacionesdeequipo,etc.
II. Diversidaddefase.Supongamosquedosaparatoselctricosidnticosseconectanalmismotiempoalafuentedepotenciaelctricayqueambosproducenigualcantidaddearmnicosdetercerorden,perodebidoaladiferenciaensuscircuitoslapolaridaddeunoconrespectoalotroesinversa(180gradosdediferenciadefase),susalidadearmnicossecancelarcompletamente.
III. Atenuacin.Sinunnmerosuficientedeaparatossimilaresgeneradoresdearmnicossoninstalados,puedenllegarasersignificativosconrespectoalaimpedanciadelsistemavistodesdesulocalizacin,ellosdistorsionanlatensinqueven(latensinqueselesaplicaparaqueproduzcanarmnicos)yenmuchoscasosestoreducesucontribucinarmnicaindividual.Porejemplounaparatoelctricode120watts(UnaPC)tpicamentepuedecrear0.9amperesdeinyeccindecorrientedetercerarmnico.Cuandovarioscientosdeestosequipossoninstaladosenunlugar,lacorrienteenestoselementospuedeexceder11%delniveldecorrientedecortocircuitoeneselugar,lacorrientedeterceraarmnicainyectadaserenpromediode0.8amperesporequipo,presentandoun11%dereduccin.Losaparatosdistorsionanlaformadeondadelatensindetalmaneraqueestoproducemsarmnicos.Armnicosdemayorordenpresentanunamayoratenuacin,encondicionessimilaresalasdescritasparaeltercerarmnico,elquintoarmnicoesreducidoporunfactorcercanoal40%yelnovenoarmnicoenun66%.
Comoresultadodeestostresfenmenos,lacontribucinarmnicaporaparatodisminuyeamedidaquemsaparatossonincluidos.Engeneral,eldediversidadyladiversidaddefase,sonlasrazonesmsimportantesdeporquelosarmnicosdemenorordendisminuyencuandoseincrementaeltamaodelgrupo,ylaatenuacineselmayorfenmenoquereducelamagnituddelasarmnicasdemayornivel.
Elfactordecoincidenciaarmnicosedefinedelasiguientemanera.
HC=
Engeneralenlapresenciademuchasfuentessimilaresdearmnicos,elniveldearmnicosenelsistematiendeaadquirirunniveldesaturacin,endondeelfactordecoincidenciareducesucontribucinavaloresdel70%.
CONTENIDONORMALDEARMONICOS.
Losarmnicoscreanproblemasslocuandointerfierenconlaoperacinpropiadelequipo,incrementandolosnivelesdecorrienteaunvalordesaturacinosobrecalentamientodelequipoocuandocausanotrosproblemassimilares.Tambinincrementanlasprdidaselctricasylosesfuerzostrmicosyelctricossobrelosequipos.
Losarmnicosloquegeneralmenteoriginansondaosalequipoporsobrecalentamientodedevanadosyenloscircuitoselctricos,estaesunaaccinquedestruyelosequiposporunaprdidadevidaacelerada,losdaossepuedenpresentarperonosonreconocidosquefueronoriginadosporarmnicos.Elniveldearmnicospresentepuedeestarjustamenteabajodelnivelquepuedencausarproblemas,incrementarestevalorlmitepuedepresentarseencualquiermomentoypasaraunvalordondenosepuedentolerar.
IEEE5191992proporcionarecomendacionesparalacantidaddearmnicosquepuedenserproducidosydelascantidadesquepuedenfluirporelsistemadepotencia.Especficalmitesrecomendadosdecuantosarmnicospuedenserinyectadosalsistemaporlosusuarios,latabla4especificaestoslmitescomounafuncindelarazndelacorrientedecortocircuitoalacorrientedecarganormalenporciento.
Tabla4.LimitesdeDistorsindeCorrienteArmnicaparaSistemasdeDistribucin
(120Vhasta69000V)
Mximadistorsindecorrienteenporcientodelacarga(IL)
Ordendelosarmnicos(armnicosimpares)
ISC/IL 211 1116 1722 2334 Mayorde34 DemandaTotaldedistorsin
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Losarmnicosparesselimitanal25%dellmitedelarmnicoimparsuperior
*TodoslosequiposdegeneracinestnlimitadosaestosvaloresdedistorsinindependientementedelaraznIsc/IL
Donde:
Isc:mximacorrientedecortocircuitoenPCC,A
IL:mximacorrientedecarga(componentefundamental)enPCC,A
Serecomiendaquelacorrientedecargaseacalculadacomolacorrientepromediodelademandamximaparalosdocemesesprecedentes.
EstanormaestablecetambinellmitededistorsindetensinenelpuntodeconexincomnPCC,esdecir,elpuntodeuninentrelareddelusuarioylaEmpresaElctrica.
Tensinenelpuntodeconexincomn(PCC) Distorsindetensinindividual(%) DistorsinTotaldeTensin,THD(%)
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RECOMENDACIONESPARADISMINUIRELEFECTODELOSARMONICOS.
Usualmentelasolucinalproblemadearmnicoseseliminarlossntomasynoelorigen,losaparatosquecreanlosarmnicosgeneralmenteconstituyenunapequeapartedelacarga,eliminarsuusonoesposible,modificaresosequiposparaquenocausenarmnicostampocoesfactible.Loquenosquedaesreducirlossntomasyaseaincrementandolatoleranciadelequipoydelsistemaalosarmnicosomodificarloscircuitosylossistemasparareducirsuimpacto,atrapar,obloquearlosarmnicosconfiltros.Porsupuestohayexcepciones.Encasosdesobrecarga,daodeequipoodiseoinapropiado,estascausasquegeneranarmnicospuedensercorregidas,similarmenteunaparatooequipoparticularqueproduceunaltoniveldearmnicosdebesermodificadooreemplazado.
Unaspectoqueconfrecuenciaesmalevaluado,esquelosarmnicoshansidounproblemarecientedebidoalefectodeadicinymultiplicacindelosmismos,lapresenciadeestosefectosesloquecausaproblemas,individualmenteningunoesproblemticoporsmismo.Porejemplo,ladistorsinarmnicacausadaporunmotordeinduccin,queseusaparahacercircularaireparausoagrcola,puedehabersidotoleradopormuchosaos,peroinesperadamentecausaproblemasdeflickerporqueelconductorneutroseabri.Escomnenelcasodeseverosproblemasdearmnicas,queseliguendosomsfactoresquecontribuyanaagravarelproblema,particularmentecuandoseadicionaequiponuevooqueexistencambiosdeequipo,siendolasospechadelproblemalosnuevosequipos.Cuandosepresentancausassimultneasquegeneranaltosnivelesdearmnicas,usualmenteslounaeslamayorcausadelproblema,contribuyendolasotrascausasacrearresonanciaoaayudarensupropagacin.
Elprimerpasoqueserecomiendaencualquierinvestigacinsobreelproblemadearmnicasesinspeccionarelequipoyelcircuitoelctrico.Estosproblemassoncausadosoempeoradosporcargasdesbalanceadas,malaconexinatierra,problemasconelconductorneutro,porproblemasconequipooporusoinapropiado.Estopuedeseridentificadoconunainspeccincuidadosaconequipoapropiado.
Desdeelpuntodevistadesobretensionestransitoriasyarmnicas,disminuyendolaimpedanciaatierraeincrementandolaampacidaddelneutroconfrecuenciaseresuelvenproblemasdecalidaddelapotencia(incluyendoarmnicas).Losproblemasdepuestaatierracontribuyendeun33aun40%delosproblemasrelacionadosconlacalidaddeenerga[9].
En[9]sehacereferenciasaalgunosaspectosimportantesrelacionadosconlautilizacindelosfiltros.Losfiltrosseutilizanparabloquearoatraparlaenergadelosarmnicosdetalmaneraquenofluyaporlosequiposoquenoentrealsistema,sonlasdossolucionesmsusadasparaelproblemadelasarmnicos.
Losfiltrossonelementoscuyaimpedanciavaraconlafrecuencia.Tambintienenelpotencialdecrearyamplificarelproblemadelasarmnicas,amenosquecuidadosamenteseanlocalizadosydiseados,enalgunoscasosundiagnsticoydiseopobres,originaqueelremedioseapeorquelaenfermedad.
Losfiltrospasivossonlosmssimples,mseconmicos,peromenosflexiblesyefectivosparafiltrararmnicas.Sonelementospuramentepasivos,usadosporlasempresascomocircuitosenparaleloenlaentradadelosserviciosconproblemasdegeneracindearmnicas,evitandodeestamaneraqueentrenalsistemadedistribucin.Tambinlosfiltrospuedeninstalarsedirectamenteenunequipoparticulardondeexisteungraveproblemadegeneracindearmnicas,evitandodeestamaneraquecirculenenlapropiainstalacinelctricadelusuario.
Elcomportamientodelosfiltrospasivosessersensitivosalaimpedanciadelsistemaparaloscualesellosfueronajustados.Laimpedanciadelsistemapuedecambiaralolargodeltiempo,comoelequipoalterasucomportamientodevolts/var,siendodifcilestimarsuexactitudsinosetienenmediciones.Losfiltrospasivosconfrecuencianoproporcionanuncomportamientosatisfactorio,bajociertascircunstanciaspuedencausarproblemasderesonanciasobreelsistemadondeestnconectados.
Filtrosactivos.Sonelementosdepotencia,loscualestrabajanusandounconvertidordepotenciaconectadoenparaleloparaproducircorrientesarmnicasigualesalasqueseencuentranenlacorrientedecarga,asegurandoquesutrayectoriasealadesacarlascorrientesarmnicasfueradelatrayectoriadelsistemadedistribucin(figura8).Lareduccindelasarmnicasdependeslodelamedicinarmnicacorrectaqueseestgenerandoenlacargaynoesfuncindelaimpedanciadelsistema.Estosfiltroshantenidounamayoraplicacin,teniendoladesventajadesermscarosydequeconsumenpotenciaencantidadessignificativas,creandoademsnivelesaltosdeinterferenciaelectromagntica.
Figura8[9]Losfiltrossonusualmenteaplicadoscomouncaminoenparaleloconelusuariooconelequipoquecreaarmnicas,comoseindicaenlafigura.AmbosfiltroselactivoyelpasivodesvanlascorrientesarmnicasIhporunatrayectoriaparadesviarlesdelsistema,conestosedejaquesololacorrientedecargafluyaalsistema:losfiltrospasivosproporcionanunaimpedanciamuybajaenlatrayectoriaenparalelo,losfiltrosactivosoriginanquelacorrientearmnicafluyaconunacorrientequeellosmismosgeneran,esencialmenteforzndolaporsutrayectoria.
Losfiltroshbridosqueusanfiltrosactivosypasivossoncolocadosenserieyenparaleloenlacargadelosusuarios,secombinaenestecasouncomportamientomejorconunmenorcostoymenorconsumodepotencia.
ElCdigoNacionalElctricoAmericano(NEC)de1993y"UnderwritingsLaboratory"(UL),demandanqueseanespecificadostransformadoresdefactorkparalaalimentacindecargasnolineales.
En[7]sehacereferenciaalautilizacindetransformadorestipokparalaalimentacindecargasnolineales.
Lostransformadoresdefactorksonprobados,etiquetadosylistadosporULparalaoperacinenambientenosinusoidal.Especificadoseinstaladosparaservircargasnolinealesdeacuerdoalosrequerimientosdelistadoyetiquetado,lostransformadoresdefactorksatisfacenlosrequerimientosdeseguridaddelNEC.Lostransformadoresksondiseadosparaoperarconmenoresprdidasalasfrecuenciasarmnicas.Lasmodificacionesdediseodefactorkincluyenelalargamientodeldevanadoprimarioparasoportarlainherentecirculacindecorrientesdearmnicostripleselduplicadodelconductorneutrosecundarioparallevarcorrientesdearmnicostripleseldiseodelncleomagnticoconunamenordensidadnormaldeflujomedianteelempleodegradosdeacerosmsaltosyelempleodeconductoressecundariosaisladosmspequeos,enrolladosenparaleloytranspuestosparareducirelcalentamientodelefectopeliculardelaresistenciaacasociada.
Especificarlostransformadoresdefactorkrequieredeunmtodoparacalcularelvalornominalkdelacorrientedecarga,lomismodesdeunanlisisarmnicodecargareal,odesdeestimacionesdelcontenidodecorrientesdearmnicos.Laecuacindeclculodelfactorkrecomendadaen[7]es:
DondeIh(pu)eslacorrientearmnicaesperadaenporunidad,yheselnmerodelarmnico.
Debidoalacaractersticainherentedequelascorrientesarmnicasdesecuenciapositivaynegativabalanceadassecancelanencualquierpuntocomndeconexin,estosclculosnecesitansolamenteconsiderarlascorrientesarmnicastriplesdesecuenciaceroconlamagnituddelacorrientefundamentalcomoelpeorcasodefactordecalentamientonosinusoidaldentrodeltransformador.Cualquiermagnituddesecuenciapositivaynegativaresultantedelosdevanadosdefaseserrecortadaporlaimpedanciadeltransformador,yviajaratravsdeltransformadorsobrelosconductoresdefasehacialafuente.Estaestimacinaproximadadelfactorkbasadaenelentendimientodelarelacinentrelascomponentessimtricasylascorrientesarmnicasresultanenunvalornominalkdeltransformadormsrealstico.
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Ladeterminacindeunvalorkrealsticoesimportanteporquelaespecificacindeunfactorkmsgrandequeelqueesnecesariointroduceproblemasdearmnicossimilaresalaprcticadelsobredimensionamientodetransformadores.Similarmentealostransformadoressobredimensionados,transformadoresdefactorkmayoresquelonecesarioparalacargatienenmenoresimpedancias,incrementandoestolacorrientedeneutroatierraeincrementandolacadadevoltajedeneutroatierraenlacarga.Adems,unamenorimpedanciadeltransformadorresultaenunamayorpermisibilidaddepasodecorrientedefallaamedidaqueunamayorcorrientedelafuentedecortocircuitoestencapacidaddeviajaratravsdeltransformadorhaciaelequipamientodeutilizacin.Paraprotegerelequipamientocorrienteabajo,debenserrealizadorclculosdecortocircuitoparalascorrientesdefalladisponiblesdetransformadoresdevalornominalk,ylosvaloresnominalesdeinterrupcindelasproteccionesdebenserdimensionadosacordemente.
Otrasconsideracionesdelostransformadoresdefactorkincluyenlaespecificacindelaclasedeaislamientode220Cconlarestriccinderampasdetemperaturade80Ca115C.Lamenorrampadetemperaturaproveedenumerososbeneficiosincluyendocapacidadadicionalparaemergenciaosobrecargasdecorrientesarmnicas,consumodeenergareducidoconmenorescostosdeoperacinyunaexpectacindevidadeltransformadormayor,independientementedelacarga.
Latabla5quesemuestraposteriormenterepresentaelFactorK,elcualseaplicaparareclasificartransformadoresconcargasnolineales.
En[2]serecomiendautilizarinductanciasantiarmnicasparaprotegerbaterasdecondensadorescontralassobrecargasarmnicas.Adems,entrelosfiltrosqueserecomiendaenestabibliografaseencuentran:
Elshuntresonante.Losfiltrosamortiguadores.Losfiltrosactivos(seutilizanfrecuentementecomocomplementodelospasivos,formandoasunfiltrohbrido).
REFERENCIAS
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[6]EnergaElectrica,UnProductoconCalidad,CEL.HoracioTorres.ICONTEC.
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[9]DistribucinElectrica,AutorIncgnito.
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M.Sc.ErnestoNoriegaStefanova
Datosdelautor:
Naciel7deJuliode1973,obtuvolosttulosdeIngenieroElectricistaen1998yMasterenIngenieraElctricaenelao2004enlaUniversidadCentraldelasVillas.Desde1998hastalafechasedesempeacomoInvestigadorPrincipaldelGrupodeIngenieradeDistribucindelaEmpresaElctricaMatanzas.Suexperienciaprofesionalsecentraenlaactividaddeinvestigacin,operacindelossistemasdedistribucinydocencia.Harealizadodiversasinvestigacionesensuempresavinculadaalastemticasdepuestasatierra,proteccincontrarayosdelasredesdedistribucin,coordinacinaislamiento,ycalidaddeenerga.
EmpresaElctricaMatanzas.
Contreras#70,CP40100.Matanzas.CUBA.
Lunes,8deAgostode2011alas14:41|0
Viernes,26deOctubrede2007alas16:32|0
Miercoles,16deMayode2007alas18:23|0
Lunes,5deFebrerode2007alas06:59|0
Mostrando14deuntotalde4comentarios. Pginas:1
ComentariosGUSTAVOGARCIAAquienleintereseinformacindeconocimientosgeneralesdelasarmonicasenpaisesdeLatinoamericaconrespectoalAhorrodeEnergiadeacuerdoalaCalidadcomente.GraciasaloimportantequemeresultoelEstudiodeErnestoNoriega.
DannyGonzalesMepodriaindicarporqueenunamedicindearmonicos,sedesprecialasPares(2,4,6),yaquesololosfiltrostrabajancon(3,5,7,9,11,etc).Gracias.
DFG.
RobertoCceresTrabajoinvestigandolasprdidasadicionalesgeneradasporelusodeLFC(Lmparasbajoconsumo).Megustaracompartirinforamcin.
EduardoGutierrezMegustarasabercomoaplicarestainformacinenlosbalastoselectrnicos.Gracias.
9/4/2015 GeneralidadessobrelosarmnicosysuinfluenciaenlossistemasdedistribucindeenergaMonografias.com
http://www.monografias.com/trabajos21/armonicos/armonicos.shtml 12/12
Paradejaruncomentario,regstresegratisosiyaestregistrado,iniciesesin.
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Notaallector:esposiblequeestapginanocontengatodosloscomponentesdeltrabajooriginal(piesdepgina,avanzadasformulasmatemticas,esquemasotablascomplejas,etc.).Recuerdequeparavereltrabajoensuversinoriginalcompleta,puededescargarlodesdeelmensuperior.
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