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ARMÓNICOS CAUSAS Y EFECTOS. CAUSAS Saturación de Núcleos Magnéticos Cargas Electrónicas Corrientes No Senoidales : I H I H.Z V H V Res = V Buena + V H.

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Presentación del tema: "ARMÓNICOS CAUSAS Y EFECTOS. CAUSAS Saturación de Núcleos Magnéticos Cargas Electrónicas Corrientes No Senoidales : I H I H.Z V H V Res = V Buena + V H."— Transcripción de la presentación:

1 ARMÓNICOS CAUSAS Y EFECTOS

2 CAUSAS Saturación de Núcleos Magnéticos Cargas Electrónicas Corrientes No Senoidales : I H I H.Z V H V Res = V Buena + V H = V h

3 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

4 CAUSAS Y EFECTOS CAUSAS: Transformadores Corriente de excitación:

5 CAUSAS Y EFECTOS CAUSAS:Transformadores Corriente de excitación:

6 CAUSAS Y EFECTOS CAUSAS: Transformadores

7 CAUSAS Y EFECTOS CAUSAS: Hornos de Arco

8 CAUSAS Y EFECTOS CAUSAS: Lámparas fluorescentes o de arco Lámpara de mercurio

9 CAUSAS Y EFECTOS CAUSAS: Microondas

10 CAUSAS Y EFECTOS CAUSAS: Equipos electrónicos Fuentes monofásicas 220 V AC Switcher y Control 6 V DC

11 CAUSAS Y EFECTOS CAUSAS: Equipos electrónicos PC

12 CAUSAS Y EFECTOS CAUSAS: Equipos electrónicos TV

13 CAUSAS Y EFECTOS CAUSAS: Conversores trifásicos de potencia Accionamientos de DC

14 CAUSAS Y EFECTOS CAUSAS: Conversores trifásicos de potencia Accionamientos de AC Diodos rectificadores Transistores inversores

15 CAUSAS Y EFECTOS CAUSAS: Conversores trifásicos de potencia Accionamientos de AC

16 CAUSAS Y EFECTOS CAUSAS: Conversores trifásicos de potencia Accionamientos de AC

17 CAUSAS Y EFECTOS CAUSAS: Conversores trifásicos de potencia Accionamientos de AC

18 CAUSAS Y EFECTOS CAUSAS: Conversores trifásicos de potencia Accionamientos de AC

19 CAUSAS Y EFECTOS CAUSAS: Conversores trifásicos de potencia Accionamientos de AC

20 CAUSAS Y EFECTOS CAUSAS: Conversores trifásicos de potencia Notches

21 CAUSAS Y EFECTOS CAUSAS: Cargadores de baterías

22 CAUSAS Y EFECTOS CAUSAS: Cargadores de baterías

23 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

24 CAUSAS Y EFECTOS EFECTOS: Resonancia paralelo f es la frecuencia fundamental f p es la frecuencia resonante paralelo S S es la potencia de cortocircuito S C es la potencia del banco de condensadores. CargaFuente armónicaCarga ABC InIn CLCL CSCS LSLS Punto de acoplamiento común Sistema

25 CAUSAS Y EFECTOS EFECTOS: Resonancia Serie f es la frecuencia fundamental, f s es la frecuencia resonante serie, S t es la potencia del transformador Z t es la impedancia del transformador en por unidad, S l es la potencia activa. S T, VA S C, VA r S L, VA

26 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

27 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

28 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, ω n =2πf n, V n valor rms de la componente nth de tensión SOBRECARGA SOBRE EL AISLAMIENTO

29 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

30 CAUSAS Y EFECTOS EFECTOS: Condensadores En la IEEE Standard se establece que los condensadores deberán ser capaces de operar de manera continua sin excederse ninguna de las siguientes condiciones % del valor rms de la tensión nominal % del valor pico de tensión nominal (o sea, el pico de tensión no debe exceder ; esto incluye armónicos pero excluye transitorios) % del valor rms de la corriente nominal basada en los kVAr y tensión nominal % de los kVAr nominales

31 CAUSAS Y EFECTOS EFECTOS: Condensadores IEC ,3 veces la corriente nominal No se fijan restricciones respecto de los kVA Factor de tensión x Vnom Duración Máxima 1,00Continua 1,1012 hs cada 24 hs 1,1530 minutos cada 24 hs 1,205 minutos 1,301minuto

32 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.

33 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

34 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

35 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)

36 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

37 CAUSAS Y EFECTOS EFECTOS: Transformadores

38 CAUSAS Y EFECTOS EFECTOS: Transformadores DERATING DE TRANSFORMADORES: IEEE C Las perdidas en transformadores se categorizan como: 1.-Pérdidas en vacío 2.- Pérdidas en carga = I 2 R + pérdidas dispersas = I 2 R+ P EC +P OSL =P+ P EC + P OSL R es el valor medido En los bobinados, pérdidas por corrientes parásitas (P EC ), P EC I 2 y a f 2 Fuera de los bobinados, otras Pérdidas adicionales (P OSL ), 3.-Pérdidas totales = Pérdidas en vacío + Pérdidas en carga

39 CAUSAS Y EFECTOS EFECTOS: Transformadores DERATING DE TRANSFORMADORES: IEEE C 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.

40 CAUSAS Y EFECTOS EFECTOS: Transformadores DERATING DE TRANSFORMADORES: IEEE C con h : 1, 2, 3, 4,…. P EC = pérdidas por corrientes parásitas en los bobinados (en por unidad de las pérdidas nominales I2R) P EC-R = pérdidas por corrientes parásitas en los bobinados a carga y frecuencia nominal (en por unidad de las pérdidas nominales I2R) I h = valor rms de la corriente de orden armónico h (en por unidad respecto de la corriente nominal de carga) h = orden del armónico

41 CAUSAS Y EFECTOS EFECTOS: Transformadores DERATING DE TRANSFORMADORES: IEEE C Método simplificado para determinar el derating: P LL = pérdidas en carga P EC = pérdidas por corrientes parásitas P EC-R = factor de pérdidas por corrientes parásitas en condiciones nominales de operación

42 CAUSAS Y EFECTOS EFECTOS: Transformadores DERATING DE TRANSFORMADORES: IEEE C Método simplificado para determinar el derating: TipoMVATensión% P CE-R 13-8 Seco1,55kV(AT) ,515kV(AT)9-15 2,5480 V1 En aceite2,5 a 5480 V1-5 >5480 V9-15

43 CAUSAS Y EFECTOS EFECTOS: Transformadores DERATING DE TRANSFORMADORES: IEEE C Método simplificado para determinar el derating: EJEMPLO OrdenCorriente %FrecuenciaCorriente puI2I2 I 2 xh 1100,0501,000 31,61500,0160,0000, ,12500,2610,0681,703 75,03500,0500,0030,123 90,34500,0030,0000, ,95500,0890,0080, ,16500,0310,0010, ,27500,0020,0000, ,88500,0480,0020, ,69500,0260,0010, ,110500,0010, ,311500,0330,0010, ,112500,0210,0000,276 1,0845,712

44 CAUSAS Y EFECTOS EFECTOS: Transformadores DERATING DE TRANSFORMADORES: IEEE C Método simplificado para determinar el derating: EJEMPLO Tomando P EC-R = 8%


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