Paper Ieee Intercon2010 Es
- 1. Armonicos en lineas, causas y metodos para atenuarlos . ARMONICOS EN LINEAS, CAUSAS Y METODOS PARA ATENUARLOS. Karla Sarmiento C.I.: 17.679.149 e-mail: sarmientokarla@hotmail.com Jorge Tarazona C.I.: 18.501.158 e-mail: hors_jt@hotmail.com Los armónicos pares aparecen únicamente en RESUMEN: Unos de los puntos a conocer serán corriente continua que se muestra en la fig.1: los armónicos de ondas lineales como también se hablara de dichas causas que producen, aparte se dará un análisis de filtros y tipos de filtros utilizados para el trabajo de dichos armónicos. Se nombrara de la aparición de corrientes y tensiones armónicas en el sistema eléctrico que a su vez crean problemas. Por otra parte se conocerán métodos de atenuación para un armónico lineal los cuales nos darán resultados deseados. Armónico de corriente: es una onda no sinusoidal pura esta formada por una onda fundamental a la que PALABRAS CLAVE: armónicos en líneas, superponen ondas de frecuencia múltiplos de la atenuación de armónicos, causas y filtros. frecuencia fundamental. Estas ondas superpuestas reciben el nombre de armónicos de orden superior. 1 INTRODUCCIÓN Los armónicos son distorsiones de las ondas senosoidales de tensión y corriente de los sistemas eléctricos, debido al uso de cargas con impedancia no lineal, a materiales ferromagnéticos, y en general al uso de equipos que necesiten realizar conmutaciones en su operación normal. La aparición de corrientes y tensiones armónicas en el sistema eléctrico crea problemas tales como, el aumento de pérdidas de potencia activa, sobre tensiones en los condensadores, errores de medición, mal funcionamiento de protecciones, daño en los Las distorsiones armónicas de corrientes distorsionan la aislamientos, deterioro de dieléctricos, disminución de la onda de tensión al interactuar con la impedancia del vida útil de los equipos, entre otros. sistema originando la reducción de la vida útil en motores y causando la operación errática de equipos Los armónicos se definen habitualmente con los dos electrónicos. datos más importantes que les caracterizan, que son: • Su amplitud: hace referencia al valor de la tensión o intensidad del armónico, 2.1TEORÍA DE ARMÓNICOS • Su orden: hace referencia al valor de su frecuencia referido a la fundamental (60 Hz). Así, un armónico de Cualquier onda no senoidal puede ser representada orden 3 tiene una frecuencia 3 veces superior a la como la suma de ondas senoidales (armónicos) fundamental. teniendo en cuenta que su frecuencia corresponde a un múltiplo de la frecuencia fundamental (en el caso de la red = 50Hz), según la relación: 2 ARMÓNICOS La definición se comportan como fuentes de intensidad dispuestas en paralelo y a diferentes frecuencias donde las sumas de todas las intensidades es la corriente que alimenta la carga (múltiplos enteros Donde: de una frecuencia fundamental: esta es la única que Vo = valor medio de V (t) (onda en estudio) produce potencia activa). VI = Amplitud de la fundamental de V (t) Vk = Amplitud de armónico de orden k de V (t) 1
- 2. Armonicos en lineas, causas y metodos para atenuarlos . • Un incremento de la resistencia aparente del conductor con la frecuencia, debido al efecto pelicular. • Un aumento del valor eficaz de la corriente para una misma potencia activa consumida. • Un incremento de las pérdidas dieléctricas en el aislamiento con la frecuencia, si el cable es sometido a distorsiones de tensión no despreciables. El conductor neutro es una notable excepción ya que en el se suman los armónicos triples (6n-3) de secuencia cero (3º, 9º, 15º, 21º). Estas corrientes pueden crear caídas de tensión importante a lo largo del neutro, lo que conlleva diferencia de potencial considerables entre éste y el conductor de protección que provocan errores de funcionamiento en los receptores. En la tensión de alimentación la frecuencia fundamental es de 50Hz, el segundo armónico tiene una frecuencia 3 CAUSAS de 100Hz, el tercer armónico una frecuencia de 150Hz y así sucesivamente. La distorsión debida a la presencia El origen de problema de armónicos son los de armónicos es un problema constante y no debe receptores que consumen corrientes distorsionado (no confundirse con fenómenos de corta duración como senoidales). A pesar que la tensión en origen suele ser picos, reducciones o fluctuaciones. Es necesario notar senoidal, las caídas de tensión provocadas por dichas que en (1) los limites de la suma (sigma) son desde 1 corrientes no senoidales hacen que en los puntos de hasta infinito. Lo que sucede en la práctica es que no consumo (PCC, “point of common coupling) se tenga existe un número ilimitado de componentes armónicas, una tensión distorsionada y por tanto los usuarios sino que a partir de cierta componente (orden) su valor conectados a la red distorsionada sufren los efectos de es despreciable. La norma en 50160 recomienda no los usuarios que generan la distorsión de corriente. tener en cuenta los índices de expresión (1) superiores Cualquier aparato que altere la forma de la onda al orden 40º. senoidal o que solo use una parte de la onda causa Un índice fundamental para notar la presencia distorsiones de la forma de onda y en consecuencias de armónicos es el THD definido como: armónicos. Todas las señales quedaran afectadas. La situación más común es la distorsión armónica debida a cargas no lineales como equipos electrodomésticos, ordenadores personales, controladores de velocidad de motores. La distorsión armónica produce corrientes de valores significativos a las frecuencias de orden impar de la frecuencia fundamental. Las distorsiones armónicas afectan considerablemente al conductor de neutro de las instalaciones eléctricas. Tal índice tiene en cuenta la presencia de todos los En la mayoría de países la red de alimentación es armónicos y es mucho mas elevado cuanto mas trifásica con 50/60Hz con conexión triangulo en el deformada sea la forma de onda. primario y conexión estrella en el secundario del transformador. El secundario generalmente entrega 220 voltios AC entre fase y neutro y 400 voltios AC entre 2.2EFECTOS EN CONDUCTORES fase. El balanceado de las cargas para fase es el problema de los diseñadores de sistema eléctricos. El incremento en el uso de las cargas no lineales Las corrientes armónicas producen perdidas en las principales, la incorporación de sistemas de transmisión líneas. Los conductores experimentan un calentamiento de CD y la proliferación de diversas fuentes de superior al habitual por efecto Joule debido a que el generación de armónicos esta causando un incremento efecto piel se agrava al aumentar la frecuencia. La de problemas armónicos en los sistemas de potencia solución es aumentar la sección de los conductores. Sin embargo, el sobredimensionamiento de los conductores de fase no es necesario si estos han sido bien 4 ATENUACION DE ARMÓNICOS calculados. Las perdidas son incrementadas en cables que conducen corrientes armónicas, lo que incrementa Los medios disponibles para atenuar o disminuir la temperatura en los mismos. Las causas de las el fenómeno conocido como armónicos en líneas se perdidas adicionales incluyen: basan en el control de la magnitud de las corrientes con armónicos. 2
- 3. Armonicos en lineas, causas y metodos para atenuarlos . la solución al problema de armónicos es eliminar de potencia conectado en paralelo para producir los síntomas y no el origen, los aparatos que crean corrientes armónicas iguales a las que se encuentran en los armónicos generalmente constituyen una la corriente de carga, asegurando que su trayectoria sea pequeña parte de la carga, eliminar su uso no la de sacar las corrientes armónicas fuera de la es posible, modificar esos equipos para que no trayectoria del sistema de distribución. causen armónicos tampoco es factible. Lo que nos queda es reducir los síntomas ya sea incrementando la tolerancia del equipo y del sistema a los armónicos o modificar los circuitos y los sistemas para reducir su impacto, atrapar, o bloquear los armónicos con filtros. Por supuesto hay excepciones. En casos de sobrecarga, daño de equipo o diseño inapropiado, estas causas que generan armónicos pueden ser corregidas, similarmente un aparato o equipo particular que produce un alto nivel de armónicos debe ser modificado o reemplazado. Y para eso se disponen de sistemas como los filtros de tipo pasivos, de tipo activo y de tipo híbridos y de transformación de separación. 5 LOS FILTROS Los filtros se utilizan para bloquear o atrapar la energía de los armónicos de tal manera que no fluya por 6 REFERENCIAS los equipos o que no entre al sistema, son las dos soluciones más usadas para el problema de los armónicos. Los filtros Son usualmente aplicados como 1) http://www.suomitec.com/Suomitec/armonicos.htm un camino en paralelo con el usuario o con el 2) http://www.monografias.com/trabajos21/armonicos/ equipo que crea armónicas, como se indica en la figura. armonicos.shtml Ambos filtros el activo y el pasivo desvían las 3) http://html.rincondelvago.com/armonicos.html corrientes armónicas Lh por una trayectoria para 4) Adaptado por Karla sarmiento y Jorge Tarazona desviarles del sistema, con esto se deja que solo la Sección G-004N corriente de carga fluya al sistema: los filtros pasivos proporcionan una impedancia muy baja en la trayectoria en paralelo, los filtros activos originan que la corriente armónica fluya con una corriente que ellos mismos generan, esencialmente forzándola por su trayectoria. Los filtros híbridos: que usan filtros activos y pasivos son colocados en serie y en paralelo en la carga de los usuarios, se combina en este caso un comportamiento mejor con un menor costo y menor consumo de potencia. Los filtros son elementos cuya impedancia varía con la frecuencia. También tienen el potencial de crear y amplificar el problema de las armónicas, a menos que cuidadosamente sean localizados y diseñados, en algunos casos un diagnóstico y diseño pobres, origina que el remedio sea peor que la enfermedad. Los filtros pasivos: son los más simples, más económicos, pero menos flexibles y efectivos para filtrar armónicas. Son elementos puramente pasivos, usados por las empresas como circuitos en paralelo en la entrada de los servicios con problemas de generación de armónicas, evitando de esta manera que entren al sistema de distribución. Los Filtros activos.- Son elementos de potencia, los cuales trabajan usando un convertidor 3