ARMÓNICOS: SELECCIONAMIENTO DE FILTROS PASIVOS PARA

UN SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN

INTRODUCCION

• Los armónicos son distorsiones de las ondas sinusoidales de tensión y/o corriente de los sistemas eléctricos.

• La aparición de corrientes y/o tensiones armónicas en el sistema eléctrico crea problemas tales como, el aumento de pérdidas de potencia activa, sobretensiones en los condensadores, errores de medición, mal funcionamiento de protecciones.

MARCO TEORICO

• En sistemas eléctricos de distribución de potencia, se espera que la forma de onda del voltaje suministrado por una empresa eléctrica sea sinusoidal y sobre esa base se han diseñado la mayoría de elementos del sistema.

• El crecimiento continuo de los sistemas eléctricos de distribución de potencia y la inclusión dentro de ellos de un mayor número de elementos no lineales, como los equipos electrónicos, y muy especialmente los convertidores, han contribuido al incremento de la presencia de formas de ondas no sinusoidales en el suministro de la energía eléctrica, las cuales esencialmente introducen una componente de pérdidas de energía y mal funcionamiento de equipos

• La baja calidad en el suministro de la energía eléctrica puede ser determinante en el mal funcionamiento de equipos y dispositivos de control o medición, el exceso de calentamiento en las máquinas, fallas del equipo eléctrico o disminución drástica de la eficiencia.

TIPOS DE ARMONICOS

1. Armónicos característicos o normales Se origina debido exclusivamente a la nolinealidad de elementos eléctricos o electrónicosconectados en un sistema balanceado.2. Armónicos no característicos anormales o

no usualesDebido a otras causas, como desbalances en elsistema trifásico

• Los armónicos, cuyas frecuencias son múltiplos enteros de tres (h = 3, 6, 9, 12,…), reciben el nombre de armónicos triples y los demás se denominan armónicos no triples.

• Los armónicos, cuyas frecuencias son múltiplos de dos (h = 2, 4, 6, 8, 10,…), reciben el nombre de armónicos pares, los demás se denominan armónicos impares.

LA SERIE TRIGONOMÉTRICA DE FOURIER

• La serie de Fourier tiene gran importancia, ya que por su medio puede describirse cualquier función periódica no sinusoidal como una serie infinita de términos sinusoidales de frecuencias armónicamente relacionadas. Por tanto, una onda periódica se puede describir de acuerdo con su frecuencia fundamental, su segunda armónica, su tercera armónica, etc., y cada una de estas frecuencias se relaciona sencillamente con el período T.

• De esta manera, se accede al análisis en el dominio de la frecuencia y se facilita la comprensión de los fenómenos físicos que ocurren en aquellas redes eléctricas energizadas con voltajes no sinusoidales.

FACTORES DE DISTORSIÓN ARMÓNICA

1. FACTOR DE DISTORSIÓN ARMÓNICA TOTAL DE VOLTAJE

• V1 es el valor de la componente fundamental de voltaje.

• Vh es el valor eficaz de la componente armónica de orden h.

• El factor de distorsión armónica total de voltaje está directamente relacionado con el aumento de calentamiento en una carga resistiva pura. Con voltajes armónicos aplicados a un resistor.

• 2. FACTOR DE DISTORSIÓN ARMÓNICA TOTAL DE CORRIENTE

• I1 es el valor de la componente fundamental de corriente.

• Ih es el valor eficaz de la componente armónica de orden h.

• El factor de distorsión armónica total de corriente está directamente relacionado con el aumento de calentamiento en una carga resistiva pura. La relación entre la potencia debida a la componente fundamental y la potencia debida a las armónicas en una resistencia pura es.

3. DISTORSIÓN ARMÓNICA TOTAL

• K: número de armónica• II: valor eficaz de la onda fundamental de

corriente• Ik: valor eficaz del armónico k

PROCEDIMIENTO PARA EL ANÁLISIS DE ARMÓNICOS DE UN SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN

Las medidas de tensión y corriente deben ser tomadas:• - En la fuente de alimentación• - Del juego de barras del cuadro de distribución

principal• - En cada una de las salidas del cuadro de

distribución principal.• Cuando se toman las medidas, es necesario tener

información precisa de las condiciones, en particular el estado de las baterías de condensadores (en servicio/ horas servicio)

FILTROS PASIVOS PARA COMPONENTES ARMÓNICAS

1. LOS FILTROS SERIE• Estos constan de un inductor y un capacitor

en paralelo que se posicionan en serie a la parte de la red que se desea proteger.

2. FILTROS SHUNT O PARALELOS PASIVOS:• El filtro paralelo presenta mayores ventajas

que el filtro serie porque: Es más económico, sólo transporta las corrientes armónicas para las que fue sintonizado, proporciona una parte de la potencia reactiva al sistema.

• Existe una gran variedad de configuraciones de filtros, pero las más utilizadas son los “Filtros Sintonizados Simples” y los “Pasa Altos”.

1. FILTRO SINTONIZADO SIMPLE• Elimina una armónica determinada; consiste en un

banco de condensadores conectado en serie con un inductor.

2. Filtros Pasa Altos• Son utilizados para eliminar un amplio rango de

frecuencias, y se emplean cuando las armónicas no tienen frecuencia fija.

VENTAJAS

• Atenúa un amplio espectro de frecuencias armónicas de acuerdo a la elección del valor de la resistencia, sin la necesidad de subdivisión en ramas paralelas.

• Es muy robusto frente a problemas de pérdida de sintonía comparado con el filtro sintonizado simple.

DESVENTAJAS

• Origina una frecuencia de resonancia paralela al interactuar con la red.

• Las pérdidas en la resistencia y en el inductor son generalmente altas.

• Para alcanzar un nivel similar de filtrado (de una armónica específica), que el sintonizado simple, el filtro pasa altos necesita ser diseñado para una mayor potencia reactiva.

SELECCIÓN DE FILTROS PASIVOS

1. El número de armónicos del sistema a atenuar. Dependiendo del número de armónicos existentes en el sistema, se puede determinar la cantidad de filtros (filtro sintonizado o dual) que se podrían ubicar para obtener una atenuación de las componentes armónicas.

2. Los requerimientos del filtro. Se hace referencia a la acción correctiva que se desee del filtro (Compensación de reactivos, reducción de la distorsión armónica, regulación de tensión o todos). Cada requerimiento del filtro implica un diseño específico, tal que el objetivo para el cual se quiere se cumpla.

3. La energía de cada armónico. La magnitud de cada armónico está directamente relacionada con las pérdidas que estas componentes armónicas ocasionan en el sistema de potencia.

UBICACIÓN DE FILTROS PASIVOS

1. El alimentador de media tensión con el fin de disminuir las pérdidas del sistema.

2. Cerca de la carga no lineal (baja tensión), para evitar la inyección de componentes armónicas de corriente al sistema por parte de la carga.

UBICACIÓN DE FILTROS PASIVOS

PROBLEMAS DE LOS FILTROS

• Deterioro de los condensadores, lo cual disminuye la capacitancia total y con esto aumenta la frecuencia a la cual el filtro fue sintonizado.

• Tolerancia de fabricación tanto en el reactor como en los condensadores.

• Variación de temperatura.• Variación en el sistema.

CONCLUSIONES• El filtrado es un método para la

reducción de armónicos en una planta industrial cuando se ha aumentado gradualmente la distorsión por armónicos o como una solución total en una nueva planta.

CONCLUSIONES

• El filtro sintonizado simple proporciona una máxima atenuación para una armónica individual, a frecuencia fundamental, puede proporcionar la potencia reactiva requerida en la red, y tiene bajas pérdidas (asociadas a la reactancia del inductor y la resistencia del filtro).