ARMÓNICOS
CAUSAS Y EFECTOS
CAUSAS Y EFECTOS CAUSAS
Saturación de Núcleos MagnéticosCargas Electrónicas
Corrientes No Senoidales : IH
IH.Z VH
VRes = VBuena + VH = Vh
CAUSAS Y EFECTOS CAUSAS:
Tradicionales (Clásicos)
Transformadores
Máquinas rotantes
Hornos de arco
Modernos (Electrónica de Potencia)
Lámparas fluorescentes
Controles electrónicos, fuentes conmutadas, equipamientos electrónicos modernos de oficina
Dispositivos controlados (tiristores):
Rectificadores
Inversores
Compensadores estáticos
Cicloconversores
Transmisión HVDC
CAUSAS Y EFECTOS CAUSAS: TransformadoresCorriente de excitación:
CAUSAS Y EFECTOS CAUSAS:TransformadoresCorriente de excitación:
0 0.005 0.01 0.015 0.02-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
t [ms]
Im [p
u]
CAUSAS Y EFECTOS CAUSAS: Transformadores
CAUSAS Y EFECTOS CAUSAS: Hornos de Arco
CAUSAS Y EFECTOS CAUSAS: Lámparas fluorescentes o de arcoLámpara de mercurio
0 5 10 15 20 250
5
10
15
% d
e la
I F
und
0 5 10 15 20 250
1
2
3
4%
de
la V
Fun
d
CAUSAS Y EFECTOS CAUSAS: Microondas
0 5 10 15 20 250
2
4
6
8
% d
e la
I F
und
0 5 10 15 20 250
1
2
3%
de
la V
Fun
d
CAUSAS Y EFECTOS CAUSAS: Equipos electrónicosFuentes monofásicas
220 VAC
Switchery
Control 6 VDC
CAUSAS Y EFECTOS CAUSAS: Equipos electrónicosPC
0 0.005 0.01 0.015 0.02
-2
0
2
ms
A
0 5 10 15 20 25 30 35 400
50
100
Orden armónico
% F
un
CAUSAS Y EFECTOS CAUSAS: Equipos electrónicosTV
0 0.005 0.01 0.015 0.02-2
0
2
ms
A
0 5 10 15 20 25 30 35 400
50
100
Orden armónico
% F
un
CAUSAS Y EFECTOS CAUSAS: Conversores trifásicos de potenciaAccionamientos de DC
CAUSAS Y EFECTOS CAUSAS: Conversores trifásicos de potenciaAccionamientos de AC
Diodos rectificadores Transistores inversores
CAUSAS Y EFECTOS CAUSAS: Conversores trifásicos de potenciaAccionamientos de AC
CAUSAS Y EFECTOS CAUSAS: Conversores trifásicos de potenciaAccionamientos de AC
October 05, 1999 at 11:16:19 LocalALFA120Phase A CurrentSS Wave
0 5 10 15 20 25 30 35 40
-15-10
-505
1015
Time (mSeconds)
Am
ps
0 5 10 15 20 25 30
00.5
11.5
22.5
3
Harmonic
Am
ps
Fund3.598RMS5.027CF 2.516Min -12.65Max11.19THD95.22HRMS3.426TIF/IT1892
Uncalibrated Data
CAUSAS Y EFECTOS CAUSAS: Conversores trifásicos de potenciaAccionamientos de AC
October 05, 1999 at 16:17:01 LocalANG90Phase A CurrentSS Wave
0 5 10 15 20 25 30 35 40
-30-20-10
0102030
Time (mSeconds)
Am
ps
0 5 10 15 20 25 30
0123456
Harmonic
Am
ps
Fund11.34RMS12.97CF 1.918Min -24.88Max24.13THD54.81HRMS6.214TIF/IT4290
Uncalibrated Data
CAUSAS Y EFECTOS CAUSAS: Conversores trifásicos de potenciaAccionamientos de AC
October 05, 1999 at 18:29:49 LocalA30Phase A CurrentSS Wave
0 5 10 15 20 25 30 35 40
-60-40-20
0204060
Time (mSeconds)
Am
ps
0 5 10 15 20 25 30
0123456
Harmonic
Am
ps
Fund25.12RMS26.16CF 1.558Min -40.76Max40.66THD25.89HRMS6.504TIF/IT3452
Uncalibrated Data
CAUSAS Y EFECTOS CAUSAS: Conversores trifásicos de potenciaAccionamientos de AC
October 15, 1998 at 11:33:40 LocalEXP6_3Phase B CurrentCold Load
0 50 100 150 200 250
-1500-1000
-5000
50010001500
Time (mSeconds)
Am
ps
0 2 4 6 8 10 12
0250500750
10001250150017502000
Time (Seconds)
Am
ps
Min3.628Ave694.2Max1891
Uncalibrated Data
CAUSAS Y EFECTOS CAUSAS: Conversores trifásicos de potenciaNotches
October 15, 1998 at 11:49:33 LocalEXP5_1ANPhase A-B VoltageSS Wave
0 2.5 5 7.5 10 12.5 15 17.5 20
-600-400-200
0200400600
Time (mSeconds)
Vo
lts
0 5 10 15 20 25 30
00.5
11.5
22.5
Harmonic
% F
un
d
Fund395.1RMS398.0CF 1.425Min -567.3Max567.0THD3.665HRMS14.48TIF/IT186.7
Uncalibrated Data
CAUSAS Y EFECTOS CAUSAS: Cargadores de baterías
CAUSAS Y EFECTOS CAUSAS: Cargadores de baterías
CAUSAS Y EFECTOS EFECTOS:
1.- Amplificación de los niveles de armónicos resultante de resonancias serie o paralelo
2.- Reducción en la eficiencia de la generación, transmisión y utilización de la energía
3.- Envejecimiento prematuro del aislamiento de los componentes eléctricos de una planta y acortamiento de su vida útil
4.- Problemas de mala operación en una planta
CAUSAS Y EFECTOS EFECTOS:
Resonancia paralelo
f es la frecuencia fundamental
fp es la frecuencia resonante paralelo
SS es la potencia de cortocircuito
SC es la potencia del banco de condensadores.
Carga Fuente armónica Carga
A B C
InCL
CS
LS
Punto de acoplamiento común
Sistema
C
Sp S
Sff
CAUSAS Y EFECTOS EFECTOS:
Resonancia Serie
f es la frecuencia fundamental,
fs es la frecuencia resonante serie,
St es la potencia del transformador
Zt es la impedancia del transformador en por unidad,
Sl es la potencia activa.
ST, VA
SC, VAr SL, VA
2
2
c
l
tc
ts S
S
ZS
Sff
CAUSAS Y EFECTOS EFECTOS: Máquinas rotantes
1.- Calentamiento: perdidas en el hierro y en el cobre
Factor de pérdidas en el cobre (comparativo):
2.- Torque pulsante
3.- Resonancia mecánica
4.- Ruidos
5.- Puntos calientes
2
h
h
f
VL
CAUSAS Y EFECTOS EFECTOS: Cables y Conductores
1.-Incremento de las pérdidas por valor rms de la corriente
2.- Efecto Skin:
3.- Caídas de tensión armónicas
4.- Incremento de los valores crestas de tensión:
Sobrecarga del aislamiento
Corona
5.- Corriente de neutro
hh RI 2
dcf RKR .dcR
fX
.06359,0
CAUSAS Y EFECTOS EFECTOS: Condensadores
CALENTAMIENTO
Una tensión distorsionada a sus bornes produce una pérdida en los mismos expresada por:
Donde tanδ=R/(1/ωC) es el factor de pérdidas, ωn=2πfn, Vn valor rms de la componente nth de tensión
SOBRECARGA SOBRE EL AISLAMIENTO
1
2)(tann
nnVC
CAUSAS Y EFECTOS EFECTOS: Condensadores
Algunas reglas básicas para evitar, en principio, condiciones resonantes en la instalación de bancos paralelo en baja tensión:
1.- Si los kVA de carga con producción armónica se encuentran por debajo del 10 % de la potencia nominal del transformador, no existirán posibles condiciones resonantes.
2.- Si los kVA de carga con producción armónica se encuentran por debajo de un 30 % de la potencia nominal del transformador y los kVAr del banco resultan menos del 20 % de la potencia nominal del transformador, no existirán posibles condiciones resonantes.
3.- Si los kVA de carga con producción armónica se encuentran por encima del 30 % de la potencia nominal del Trasformador, deben aplicarse condensadores como filtros.
Estas recomendaciones son aplicables para transformadores con tensiones de cortocircuito entre el 5 % y 6 % y la impedancia del sistema menos de un 1 % de la del transformador
CAUSAS Y EFECTOS EFECTOS: Condensadores
En la IEEE Standard 18-2002 se establece que los condensadores deberán ser capaces de operar de manera continua sin excederse ninguna de las siguientes condiciones
1.- 110 % del valor rms de la tensión nominal
2.- 120 % del valor pico de tensión nominal (o sea, el pico de tensión no debe exceder ; esto incluye armónicos pero excluye transitorios)
3.- 135 % del valor rms de la corriente nominal basada en los kVAr y tensión nominal
4.- 135 % de los kVAr nominales
CAUSAS Y EFECTOS EFECTOS: Condensadores
IEC 60871-1-1997
1,3 veces la corriente nominal
No se fijan restricciones respecto de los kVA
Factor de tensión x Vnom
Duración Máxima
1,00 Continua
1,10 12 hs cada 24 hs
1,15 30 minutos cada 24 hs
1,20 5 minutos
1,30 1minuto
CAUSAS Y EFECTOS EFECTOS: Condensadores
Si se exceden las magnitudes de corriente que aquí se han establecido puede tomarse alguna o algunas de las siguientes medidas:
1.- Relocalizar el banco a alguna parte del circuito donde puedan reducirse los valores de sobrecorriente. La carga contaminante y el banco podrían no compartir el mismo transformador.
2.- Para bancos conectados en estrella con conexión de neutro, el neutro puede ser desconectado a los fines de eliminar la circulación de tercer armónico (Debe luego analizarse lo que sucederá con esta nueva situación desde el punto de vista de el aislamiento del banco y la protección contra sobrecorrientes).
3.- Si ninguna de las anteriores resulta ser la solución se deberá recurrir a la incorporación de un reactor sintonizado. Este reactor se ajustará a las frecuencias resonantes. Esta acción modificará los parámetros de diseño del banco.
CAUSAS Y EFECTOS EFECTOS: Elementos de protección
FUSIBLES y TERMÓMAGNÉTICAS: adelanto en la respuesta (efecto térmico)
INTERRUPTORES: Alguno problemas en sobrecarga
RELÉS
- Digitales
- Electromecánicos y analógicos
* Problemas durante una falta
* Problemas en condiciones normales
CAUSAS Y EFECTOS EFECTOS: Equipamientos electrónicos
1.- Elementos que usan el cruce por cero de la tensión
2.- Fuentes electrónicas:
El pico de tensión mantiene los condensadores a plena carga
Reducción en la capacidad de soportar huecos
Algunos fabricante de PC limitan el factor de cresta 1,41±1, o un 5%de THDV y un 3% para un armónico.
3.- Notchs
Pueden “simular” un pasaje por cero
Interferencia en señales lógicas o de comunicación
Disparos intempestivos de tiristores
CAUSAS Y EFECTOS EFECTOS: Lámparas
1.- Lámparas incandescentes: acortamiento de vida útil por rms de tensión en exceso (+5% un 50% de reducción de vida útil)
2.- Lámparas de arco: podría existir problemas de resonancia entre lámpara/condensador corrector de FP, pero no con el sistema (la f de resonancia suele hallarse alrededor de los 80Hz)
CAUSAS Y EFECTOS EFECTOS: Transformadores
1.- Calentamiento adicional generado por las pérdidas de la corriente de carga
2.- Problemas de resonancia entre la inductancia del transformador y los condensadores del sistema
3.- Sobrecarga del aislamiento
4.- Vibraciones y ruidos
CAUSAS Y EFECTOS EFECTOS: Transformadores
CAUSAS Y EFECTOS EFECTOS: TransformadoresDERATING DE TRANSFORMADORES: IEEE C57.110-1998
Las perdidas en transformadores se categorizan como:
1.- Pérdidas en vacío
2.- Pérdidas en carga = I2R + pérdidas dispersas = I2R+ PEC +POSL =P+ PEC+ POSL
• R es el valor medido
• En los bobinados, pérdidas por corrientes parásitas (PEC), PEC
I2 y a f2
• Fuera de los bobinados, otras Pérdidas adicionales (POSL),
3.- Pérdidas totales = Pérdidas en vacío + Pérdidas en carga
CAUSAS Y EFECTOS EFECTOS: TransformadoresDERATING DE TRANSFORMADORES: IEEE C57.110-1998
Se trata de prevenir de calentamientos por encima de los de diseño, especialmente en los bobinados, cuando la corriente de carga contiene distorsión (las pérdidas en estas condiciones no deberían exceder las pérdidas nominales).
Los mayores calentamientos se producen en el bobinado interno y en los extremos, superior e inferior.
El método propuesto se basa en el cálculo de una “capacidad equivalente del transformador” el cual establece un factor de desclasificación de corriente para corrientes de carga que tengan una composición armónica dada.
Las formas de onda distorsionada de la tensión también produce pérdidas extras en el núcleo. Sín embargo la experiencia práctica ha mostrado que este es un parámetro poco significativo.
CAUSAS Y EFECTOS EFECTOS: TransformadoresDERATING DE TRANSFORMADORES: IEEE C57.110-1998
con h : 1, 2, 3, 4,….
PEC = pérdidas por corrientes parásitas en los bobinados (en por unidad de las pérdidas nominales I2R)
PEC-R = pérdidas por corrientes parásitas en los bobinados a carga y frecuencia nominal (en por unidad de las pérdidas nominales I2R)
Ih = valor rms de la corriente de orden armónico h (en por unidad respecto de la corriente nominal de carga)
h = orden del armónico
22hIPP hRECEC
CAUSAS Y EFECTOS EFECTOS: TransformadoresDERATING DE TRANSFORMADORES: IEEE C57.110-1998
Método simplificado para determinar el derating:
PLL= pérdidas en carga
PEC = pérdidas por corrientes parásitas
PEC-R= factor de pérdidas por corrientes parásitas en condiciones nominales de operación
ECLL PRIP 2
22 .. hIKP ECEC
REChhLL PhIIP 222 .
2
22 .
h
h
I
hIK REC
RECh PK
PI
.1
12
CAUSAS Y EFECTOS EFECTOS: TransformadoresDERATING DE TRANSFORMADORES: IEEE C57.110-1998
Método simplificado para determinar el derating:
Tipo MVA Tensión % PCE-R
≤1 3-8
Seco ≥1,5 5kV(AT) 12-20
≤1,5 15kV(AT) 9-15
≤2,5 480 V 1
En aceite 2,5 a 5 480 V 1-5
>5 480 V 9-15
CAUSAS Y EFECTOS EFECTOS: TransformadoresDERATING DE TRANSFORMADORES: IEEE C57.110-1998
Método simplificado para determinar el derating: EJEMPLO
Orden Corriente % Frecuencia Corriente pu I2 I2xh
1 100,0 50 1,000 1,000 1,000
3 1,6 150 0,016 0,000 0,002
5 26,1 250 0,261 0,068 1,703
7 5,0 350 0,050 0,003 0,123
9 0,3 450 0,003 0,000 0,001
11 8,9 550 0,089 0,008 0,958
13 3,1 650 0,031 0,001 0,162
15 0,2 750 0,002 0,000 0,001
17 4,8 850 0,048 0,002 0,666
19 2,6 950 0,026 0,001 0,244
21 0,1 1050 0,001 0,000 0,000
23 3,3 1150 0,033 0,001 0,576
25 2,1 1250 0,021 0,000 0,276
1,084 5,712
CAUSAS Y EFECTOS EFECTOS: TransformadoresDERATING DE TRANSFORMADORES: IEEE C57.110-1998
Método simplificado para determinar el derating: EJEMPLO
Tomando PEC-R= 8%
28,5084,1
712,5K
87,0)08,0.28,5(1
08,01
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