Soluciones para la atenuación de armónicos

Transcripción

1 Soluciones para la atenuación de armónicos

2 Modificando la instalación para atenuar los armónicos posicionar las cargas perturbadoras Z 2 Cargas sensibles aguas arriba del sistema Z 1 Cargas perturbadoras Donde Z 1 < Z 2 agrupar las cargas perturbadoras alimentación con embarrados distintos, y los equipos sensibles lo más cerca de su alimentación si Impedancia de línea no Cargas sensibles Carga perturb. 1 Carga perturb. 2 Se evitan corrientes armónicas circulando por los cables (evitar calentamientos) separación de las fuentes Sistema de distribución de MT Cargas no lineales Cargas lineales Transformadores dedicados

3 Modificando la instalación para atenuar los armónicos (otras soluciones) 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

4 La inductancia antiarmónica filtros desintonizados Permite proteger una batería de condensadores contra las sobrecargas armónicas impedancia 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 Z xl L+R// I h R C L 0, rango 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 de frecuencias del espectro de la fuente perturbadora La rama L-C y la red Lcc, son ambas inductivas en la gama de frecuencias del espectro, y las corrientes armónicas inyectadas se reparten en proporción inversa a las impedancias: 0,35 Pocas corrientes armónicas circulando por la rama L-C 0,3 0,25 //Z// Mayor parte circula por el resto de la red, a través de la Zcc 0,2 0,15 0,1 0,

5 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

6 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

7 Filtros sintonizados: el shunt resonante (1/6) Rama r-l-c, con frecuencia de sintonización 1 f r = 2π LC r L C 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 de frecuencia 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

8 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. //Z// 3 2,5 2 1,5 1 0, ,6 2,2 2,8 3,4 4 4,6 5,2 5,8 6,4 7 7,6 8,2 8,8 9, ,6 11,2 11,8 12, ,6 14,2 14,8 15,4 Hay tantas antiresonancias como filtros: situadas en el espectro, lo que obliga a realizar una cuidadoso estudio

9 El shunt resonante (3/6) Principales características: La potencia reactiva de compensación: Q VAr 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 U 1 aplicada en el juego de barras: Q VAr = wcu 2 c = h πf C U h 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 X = 0 L C

10 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<<xo a la frecuencia fr Orden de magnitud de q 75 para inductancias al aire superior a 75 para las inductancias con núcleo La banda pasante: en valor relativo f f BP = 2 = f r r 1 q La resistencia de la inductancia: Definida a la frecuencia fr y es función del efecto corona Es la impedancia a la frecuencia de sintonización

11 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

12 El shunt resonante (6/6) 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.

13 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 de antirresonancia

14 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: 1 f = 2π LC 1+ Qq fr = 2πq ( Q 2 1)LC

15 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 misma naturaleza que la de la red) : permite cierta absorción de las bandas del espectro superiores a fr, y si está presente, un espectro continuo

16 Filtros amortiguadores (4/4)

17 Compensador activo: inyección de corrientes armónicas invertidas Ejemplo : analogía con la compensación de la energía reactiva Q. fuente r P+p' p' P+Q 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. C carga lineal p' S (kva) P (kw) Q (kvar) Q' = - Q + u = 0 I reactiva - + u Q'

18 Compensador activo: inyección de corrientes armónicas invertidas El compensador Activo : suministra la energía de "deformación" D'. fuente P+p'+Q P+Q+D p' D' Compensador Activo carga no lineal * La fuente no suministra mas que la p' necesaria para compensar las pérdidas del compensador. * C.A. suministra D' (potencia Hn) p' + P (kw) S (kva) u Q (kvar) S D' D D' = - D u 50 + I h ,005 0,01 0,015 0,02 0, % de I fundamental D = 0

19 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 I har I act Active filter Carga No-linear Filtro Híbrido Carga linear

20 Ejemplo

21 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

22 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

23 Filtro shunt resonante rango5 y filtro amortiguado en rango7 Impedancia armónica Rango 5: impedancia se reduce a la resistencia 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 armónicas correspondientes Deformación de las tensiones THD(U)=1,96%