802 Soluciones ARMÓNICOS
-
Upload
alfonso-ruiz-malo -
Category
Documents
-
view
238 -
download
0
Transcript of 802 Soluciones ARMÓNICOS
-
8/16/2019 802 Soluciones ARMÓNICOS
1/23
SolucionesSolucionespara lapara la
atenuaciónatenuación
de armónicosde armónicos
-
8/16/2019 802 Soluciones ARMÓNICOS
2/23
? 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
-
8/16/2019 802 Soluciones ARMÓNICOS
3/23
? 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)
-
8/16/2019 802 Soluciones ARMÓNICOS
4/23
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
-
8/16/2019 802 Soluciones ARMÓNICOS
5/23
? 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
-
8/16/2019 802 Soluciones ARMÓNICOS
6/23
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
-
8/16/2019 802 Soluciones ARMÓNICOS
7/23
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 ?
-
8/16/2019 802 Soluciones ARMÓNICOS
8/23
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
-
8/16/2019 802 Soluciones ARMÓNICOS
9/23
El shunt resonante (3/6)
? 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
-
8/16/2019 802 Soluciones ARMÓNICOS
10/23
El shunt resonante (4/6)
? 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
-
8/16/2019 802 Soluciones ARMÓNICOS
11/23
El shunt resonante (5/6)
? 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
-
8/16/2019 802 Soluciones ARMÓNICOS
12/23
? 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.
El shunt resonante (6/6)
-
8/16/2019 802 Soluciones ARMÓNICOS
13/23
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
-
8/16/2019 802 Soluciones ARMÓNICOS
14/23
Filtros amortiguadores (2/4)
? 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?
??
?
?
?
-
8/16/2019 802 Soluciones ARMÓNICOS
15/23
Filtros amortiguadores (3/4)
?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
-
8/16/2019 802 Soluciones ARMÓNICOS
16/23
Filtros amortiguadores (4/4)
-
8/16/2019 802 Soluciones ARMÓNICOS
17/23
? 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
-
8/16/2019 802 Soluciones ARMÓNICOS
18/23
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
-
8/16/2019 802 Soluciones ARMÓNICOS
19/23
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
-
8/16/2019 802 Soluciones ARMÓNICOS
20/23
Ejemplo
-
8/16/2019 802 Soluciones ARMÓNICOS
21/23
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
-
8/16/2019 802 Soluciones ARMÓNICOS
22/23
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
-
8/16/2019 802 Soluciones ARMÓNICOS
23/23
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%