DISTORSIÓN ARMÓNICA MOD. 1

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1 DISTORSIÓN ARMÓNICA MOD. 1
NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 DISTORSIÓN ARMÓNICA MOD. 1 ¡ B I E N V E N I D O S ! 20 y 21 de Mayo 2010 ANCE, A.C.

2 Instructor: M. en C. Rodrigo Jiménez
Ingeniero en Comunicaciones Electrónica (IPN-ESIME), con Maestría en Compatibilidad Electromagnética (IPN - SEPI-ESIME, 2002). ▪Actualmente es investigador del departamento de Normalización en ANCE, en temas de EMC. ▪Es autor de múltiples artículos en congresos nacionales e internacionales de compatibilidad electromagnética.

3 Instructor: Ing. Bulmaro Sánchez
▪1993-Actual Vocal del Consejo Consultivo Nacional de Normalización del Sector Eléctrico de la ANCE A.C. ▪ 1993-Actual Verificador de Instalaciones Eléctricas en la NOM-001-SEDE-2005, NOM-007-ENER-2004 y NOM-013-ENER-2005. ▪1993-Actual Perito en Instalaciones Eléctricas del Colegio de Ingenieros Mecánicos y Electricistas #93/90, Colegiado: 4235.

4 Encuestas de diagnostico Logística Directrices Objetivos Temario
NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Participantes Encuestas de diagnostico Logística Directrices Objetivos Temario Dudas o comentarios… ANCE, A.C.

5 Directrices Involúcrese, haga preguntas, participe activamente.
NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Involúcrese, haga preguntas, participe activamente. Los instructores son facilitadores que organizan la participación. Respete todas las opiniones. Mantenga su mente abierta a la idea de que SÍ se puede vencer la resistencia al cambio. Durante el curso hay dinámicas de menor y mayor grado de dificultad. No espere encontrar una “VARITA MÁGICA”. Apague su teléfono celular. No fume en el salón. No entre ni salga constantemente del salón. Ya hay horarios establecidos. Mantengase atento, tome éste curso como si lo fuera a impartir después. Límites de distorsión armónica para la conexión de instalaciones eléctricas Corrección de distorsión armónica con filtros en instalaciones eléctricas NMX-J-610/3-6-ANCE (IEC ) NMX-J-610/4-30-ANCE (IEC ). Directrices ANCE, A.C.

6 NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 a) Entender los conceptos prácticos fundamentales de calidad de la energía en instalaciones eléctricas b) Comprender los conceptos teóricos y prácticos del origen de la distorsión armónica y su impacto en la corrección de factor de potencia. c) Entender los conceptos teóricos del análisis y estudio de la distorsión armónica. d) Conocer los conceptos prácticos de medición de distorsión armónica e) Entender los conceptos teóricos y prácticos de corrección de distorsión armónica así como las técnicas básicas de selección de los materiales, que se aplican en los bancos para corrección de distorsión armónica f) Conocer los beneficios de la aplicación práctica de las Normas Mexicanas de calidad de la energía en instalaciones eléctricas Límites de distorsión armónica para la conexión de instalaciones eléctricas Corrección de distorsión armónica con filtros en instalaciones eléctricas NMX-J-610/3-6-ANCE (IEC ) NMX-J-610/4-30-ANCE (IEC ). Objetivos ANCE, A.C.

7 ¿Qué espera del curso? ¿Está interesado en entender los
NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 ¿Qué espera del curso? ¿Está interesado en entender los conceptos básicos de la calidad de la energía en instalaciones eléctricas? ¿Le interesa entender los conceptos teóricos Del análisis y estudio de la distorsión armónica? ANCE, A.C.

8 Día 1 Temario 1. Conceptos básicos de la calidad de la energía.
NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Día 1 1. Conceptos básicos de la calidad de la energía. 1.1 Definición de calidad de la energía y todos los parámetros que la conforman. 1.2 Teoría básica de distorsión armónica (cargas lineales / no lineales. 1.3 Índices de calidad de la energía en instalaciones eléctricas (THD, TDD). 2. Fuentes de armónicas 2.1 Generación de armónicas en instalaciones eléctricas de utilización. 2.2 Respuesta característica del sistema eléctrico nacional. 2.3 Efectos de las armónicas en instalaciones del usuario y suministrador. [RJ7]  [RJ1]Incluir un esquema donde de muestren los puntos en el sistema donde se encuentran los problemas de PQ, hacer hincapié en las instalaciones de utilización… y su afectación al SEN y a otros usuarios…  [RJ2]Incluir los que se mencionan en la NMX-J-550/4-30-ANCE, para enlazar con la parte de mediciones.  [RJ3]Mostrar las bondades y beneficios de la norma mexicana en función de las condiciones de infraestructura del país  [RJ4]No darles tanta importancia, casi solamente mencionarlas e indicar que son normas para otras condiciones, infraestructuras en las instalaciones eléctricas..etc.  [RJ5]Se enlaza con la IEEE519, pero es necesario incluir el punto de vista de las NMX n primera instancia así como lo existente en las normas IEC, obj. vender la idea de aplicación de las NMX, mejor opción desde el punto de vista de infraestructura nacional….  [RJ6]Diferenciar entre mediciones con propósitos contractuales y mediciones para un análisis rápido de la calidad de la energía, uso de los tan conocidos Fluke.. no muy buenos.-..  [RJ7]Revisar la literatura respecto de casos prácticos.. libros de armónicas… para simulación y posible comprobación con mediciones… Temario ANCE, A.C.

9 Día 2 3. Métodos de análisis de distorsión armónica
NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Día 2 3. Métodos de análisis de distorsión armónica Representación de fuentes de armónicas. Cálculos simplificados. Simulación con programas comerciales. Metodología para evaluar nuevas fuentes de armónicas. [RJ7]  [RJ1]Incluir un esquema donde de muestren los puntos en el sistema donde se encuentran los problemas de PQ, hacer hincapié en las instalaciones de utilización… y su afectación al SEN y a otros usuarios…  [RJ2]Incluir los que se mencionan en la NMX-J-550/4-30-ANCE, para enlazar con la parte de mediciones.  [RJ3]Mostrar las bondades y beneficios de la norma mexicana en función de las condiciones de infraestructura del país  [RJ4]No darles tanta importancia, casi solamente mencionarlas e indicar que son normas para otras condiciones, infraestructuras en las instalaciones eléctricas..etc.  [RJ5]Se enlaza con la IEEE519, pero es necesario incluir el punto de vista de las NMX n primera instancia así como lo existente en las normas IEC, obj. vender la idea de aplicación de las NMX, mejor opción desde el punto de vista de infraestructura nacional….  [RJ6]Diferenciar entre mediciones con propósitos contractuales y mediciones para un análisis rápido de la calidad de la energía, uso de los tan conocidos Fluke.. no muy buenos.-..  [RJ7]Revisar la literatura respecto de casos prácticos.. libros de armónicas… para simulación y posible comprobación con mediciones… ANCE, A.C.

10 ¿Identifica los problemas y efectos de las armónicas (PQ)?
Experiencias en instalaciones eléctricas ¿comentarios? Diseño Operación Mantenimiento Impacto en el FP

11 Filtro de Ruido Eléctrico
Estrategia de Calidad de Energía $$$$$$$$$$ Redundancia 20% UPS Generador (Planta Eléctrica) Filtro de Ruido Eléctrico 80% Cableado $$$ Tierras (Groundig) Uniones (Bonding) Tamaño del problema

12 Asociación de Normalización y Certificación, A.C.
NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Asociación de Normalización y Certificación, A.C. 1. Introducción ANCE, A.C.

13 NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Introducción Calidad de la energía y todos los parámetros que la conforman Teoría básica de armónicas (cargas lineales / no lineales Índices de calidad de la energía en instalaciones eléctricas (THD, TDD). Origen: Bajo estas condiciones, las máquinas y equipos eléctricos que se conectan a este sistema no deben presentar comportamientos anormales y por lo tanto deben funcionar tal como se espera conforme a su diseño. ANCE, A.C.

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17 Calidad del servicio de distribución
NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Calidad del servicio de distribución ANCE, A.C.

18 Efectos de la distorsión armónica
¿Que tanto impacto tiene la calidad de la energía en tu consumo de energía eléctrica? ¿Te afecta en el tiempo de vida útil de tus equipos? ¿Te afecta en el tiempo entre mantenimientos? ¿Te afecta que las protecciones operen y generen paros en tu producción?

19 Efectos de la distorsión armónica
¿Que problemas genera la distorsión por armónicas? Problemas a resolver: Calentamiento de equipos sin llegar a su máximo de operación Se desaprovecha capacidad de equipos / desperdicio de dinero ¿Cuales son los datos de entrada? ¿Qué métodos de análisis se utilizan?

20 Razonando el problema - Los equipos de control de procesos son más sensibles que sus antecesores de hace 10 ó 20 años. - Sistemas que se basan en microprocesadores, robótica, electrónica de potencia Las perturbaciones y problemas a los que se enfrenta la compañía suministradora, derivado de las características de los centros de consumo: - Sobrecalentamiento de cables, conductores, transformadores y similares. Incremento de las pérdidas reactivas de los transformadores, Errores en la medición. Operación incorrecta de sistemas de protección. Daño en elementos primarios de la red.

21 Porqué limitar a las armónicas
- Proteger la integridad & seguridad de las redes públicas de suministro. Contar con una calidad de la energía aceptable para todos (compañía suministradora/clientes). Asegurar que los equipos de las instalaciones de los usuarios funcionen correctamente. Evitar que los equipos degraden y reduzcan su tiempo de vida útil. Evitar problemas que se originan por las armónicas. Existen muchos efectos perjudiciales que se originan por las armónicas: - Daño de transformadores, motores y capacitores debido al calentamiento. - Distorsión de la forma de onda de la tensión para los clientes finales. - Interferencias en sistemas de comunicaciones y la radio debido a componentes armónicas de orden alto. - Operaciones inadecuadas de fusibles/protecciones. - Mediciones incorrectas de la potencia

22 Definición de calidad de la energía
NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Definición de calidad de la energía NMX-J-550/4-30-ANCE: COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNÉTICA (EMC) - PARTE 4-30: TÉCNICAS DE PRUEBA Y MEDICIÓN - MÉTODOS DE MEDICIÓN Y ESTUDIO DE CALIDAD DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA. ANCE, A.C.

23 Parámetros de calidad de la energía
NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Parámetros de calidad de la energía ANCE, A.C.

24 Representación gráfica de los parámetros
NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Representación gráfica de los parámetros [1] Fluctuaciones de tensión, parpadeo (Flicker); [3] Interrupciones de tensión [2] Depresiones de tensión (Sag/Dip); [4] Transitorios, Incrementos( Swell) ANCE, A.C.

25 NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 ¡¡¡ Armónicas !!! ANCE, A.C.

26 Introducción a la distorsión por armónicas
La distorsión por armónicas es un problema que contempla la NOM-001-SEDE

27 ¿ Cual es la preocupación ?
Riesgo de incendio Seguridad. Calentamiento de conductores, transformadores, bancos de capacitores, etc Uso irracional de la energía eléctrica. Malfuncionamientos y reducción de tiempo de vida útil de equipos. Confiabilidad operativa de los equipos

28 Red del suministrador de energía eléctrica.
¿ A quien afecta ? Red del suministrador de energía eléctrica. Plantas de manufactura (acereras, cementeras, papeleras, etc). Hospitales. Hoteles, Cines, Bancos. Edificios comerciales. Escuelas. Casa habitación.

29 ¿ Afecta el Factor de Potencia ?

30 ¿ Distorsión armónica ? El concepto teórico de las armónicas es que son tensiones y corrientes cuya frecuencia es un MÚLTIPLO ENTERO DE LA FRECUENCIA DEL SISTEMA (p.e. 120 Hz, 180 Hz, 240 Hz, etc...). El concepto práctico de las armónicas, es que son un EFECTO INDESEABLE, p.e. calentamiento, que originan, algunas cargas lineales (p.e. transformadores saturados) y principalmente CARGAS NO LINEALES. Se puede decir que las armónicas son una CONTAMINACIÓN en las instalaciones eléctricas, originadas en mayor medida por las nuevas tecnologías (Drivers, inversores, variadores de velocidad, etc…).

31 NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 En teoría ANCE, A.C.

32 Transformador especial para armónicas
En la práctica Cargados al 100 % Con armónicas Transformador normal Transformador especial para armónicas

33 En la práctica

34 En la práctica

35 ¿Impacta a los capacitores?
Ayudan a corregir el Factor de potencia, sin embargo si no es seleccionado e instalado adecuadamente su efecto puede originar más daños que beneficios Los capacitores no generan armónicas, pero en presencia de ellas las pueden amplificar. Además por su característica, los capacitores son los elementos que más rápidamente se dañan cuando se exponen a las armónicas

36 ¿Impacta a los capacitores?

37 Sistema de corrección de factor de potencia sobrecalentado debido a armónicas excesivas. Preocupación por aspectos de seguridad: - Conato de incendio. - Lesiones a personal de mantenimiento.

38 Transformador sobrecalentado debido a armónicas excesivas.

39 ¿ Cargas no lineales? Art. 100
Carga no lineal: Aquella donde la forma de onda de la corriente eléctrica en estado estable no siga la forma de onda de la tensión eléctrica aplicada. NOTA: Ejemplos de cargas que pueden ser no lineales: equipo electrónico, alumbrado de descarga eléctrica/electrónica, sistemas de velocidad variable, hornos de arco eléctrico y similares.

40 ¡¡¡ Cargas lineales/no lineales !!!
NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 ¡¡¡ Cargas lineales/no lineales !!! ANCE, A.C.

41 ¿ Quienes son las cargas no lineales ?
Variadores de velocidad Inversores Drivers de CA Drivers de CD Computadoras Copiadoras PLC Micro ondas T V digitales Lavadoras DVD, videojuegos, etc. 41

42 ¿ Que daños ocasionan? Paros de producción indeseados
Quema de Fusibles y Subestaciones (TR) Quema de tarjetas digitales Quema de PLC Daño en flechas de motores/generadores Quema de motores Sobrecalentamiento Daño en Capacitores Corriente por el neutro Entonces, ¿Se considera al neutro como conductor activo en presencia de armónicas ?, ¿Si/No, por qué?

43 Principales definiciones de PQ en las NMX
NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Principales definiciones de PQ en las NMX ANCE, A.C.

44 NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 ANCE, A.C.

45 NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 ANCE, A.C.

46 THD = Distorsión armónica total
NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 THD = Distorsión armónica total TDD = Distorsión armónica total de demanda ANCE, A.C.

47 NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 ANCE, A.C.

48 NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 ANCE, A.C.

49 NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 ANCE, A.C.

50 NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 ANCE, A.C.

51 NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 ANCE, A.C.

52 Teoría básica de armónicas
NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Teoría básica de armónicas ANCE, A.C.

53 NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 ANCE, A.C.

54 NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 ANCE, A.C.

55 NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 ANCE, A.C.

56 NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 ANCE, A.C.

57 NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 ANCE, A.C.

58 NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 En redes con tensiones y corrientes sinusoidales, estas variables tienen el comportamiento que se ilustra en la figura. ANCE, A.C.

59 En régimen sinusoidal valen las definiciones siguientes :
NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 En régimen sinusoidal valen las definiciones siguientes : En donde: Vef = Valor efectivo de la tensión. Ief = Valor efectivo de corriente. T = período de las variables. ANCE, A.C.

60 = ángulo de desfase entre el voltaje y la corriente.
NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Factor de potencia: En donde: = ángulo de desfase entre el voltaje y la corriente. ANCE, A.C.

61 En la figura se muestra una red con una tensión sinusoidal junto
NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 En la actualidad es muy común encontrar que la instalaciones eléctricas tienen tensiones esencialmente sinusoidales (con una pequeña distorsión), junto con corrientes altamente no sinusoidales. En la figura se muestra una red con una tensión sinusoidal junto con una corriente rectangular, situación que se tiene en la entrada de un rectificador puente monofásico controlado con filtrado ideal. En la figura, i es la corriente no sinusoidal demandada por el rectificador. La corriente i1 es la componente fundamental de la corriente i y ϕ1 corresponde al ángulo entre la tensión “v” y la corriente i1. ANCE, A.C.

62 En estas condiciones valen las definiciones siguientes :
NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 En estas condiciones valen las definiciones siguientes : Potencia activa: La ecuación de la potencia activa muestra que las armónicas no contribuyen a la transferencia de energía, solamente aumentan las pérdidas. ANCE, A.C.

63 NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 ANCE, A.C.

64 NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 ANCE, A.C.

65 NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 ANCE, A.C.

66 NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Factor de potencia (FP) en instalaciones eléctricas con tensiones y/o corrientes no sinusoidales se define como: En esta ecuación se aprecia que el factor de potencia está influenciado por el desfasamiento entre corriente y tensión y por la distorsión de las corrientes. El término cos ϕ1 es conocido también como Factor de Desplazamiento, porque da una medida del desplazamiento entre la tensión y la corriente. ANCE, A.C.

67 NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Por ejemplo: Suponiendo un rectificador trifásico que entrega una potencia de 1 MW a la carga. Calcule el factor de potencia y la potencia reactiva. Considere que el rectificador no tiene pérdidas. ANCE, A.C.

68 Se cumple entonces la relación:
NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Considerando que la potencia activa en la entrada es igual a la potencia activa entregada a la carga, debido a que en el equipo no hay acumulación de energía. Se cumple entonces la relación: En donde: Id = Valor de la corriente directa perfectamente filtrada en la carga. Vdio = Valor medio de la tensión en la carga. P = Potencia activa en la entrada del convertidor En este rectificador trifásico se cumplen: ANCE, A.C.

69 NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Se observa que, a pesar de que la corriente y la tensión de la instalación están en fase, aparece una potencia reactiva importante, debido a las armónicas en la corriente. ANCE, A.C.

70 Teoría básica de armónicas (cargas lineales/no lineales)
NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Teoría básica de armónicas (cargas lineales/no lineales) ANCE, A.C.

71 NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 ANCE, A.C.

72 k es cualquier entero positivo.
NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 h = k*q  1 Ih = 1/h En donde: h es el orden armónico. k es cualquier entero positivo. q es el número del pulso del circuito del rectificador. Ih es la amplitud de la corriente armónica de orden h. ANCE, A.C.

73 Índices de calidad de la energía en instalaciones eléctricas
NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Índices de calidad de la energía en instalaciones eléctricas Distorsión individual de tensión: Distorsión individual de corriente: ANCE, A.C.

74 Distorsión armónica total de tensión:
NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Distorsión armónica total de tensión: Distorsión armónica total de corriente: La distorsión armónica total (Total Harmonic Distortion, THD) da una medida del grado de distorsión de la variable. En una señal sinusoidal THD = 0. En cambio, a medida que aumentan las armónicas, aumenta el valor del THD. ANCE, A.C.

75 Para lo cual se definen los siguientes (NMX-J-610/3-6-ANCE):
NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Los índices de calidad de la energía tienen como propósito evaluar los niveles de emisión armónica de la instalación contra los límites aplicables. Para lo cual se definen los siguientes (NMX-J-610/3-6-ANCE): Nivel de compatibilidad (suministradoras) Nivel de planeación (suministradoras-utilización) ↓ Niveles/límites de emisión/inmunidad (utilización) ANCE, A.C.

76 Nivel de compatibilidad (aplicable a suministradoras)
NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Nivel de compatibilidad (aplicable a suministradoras) ANCE, A.C.

77 Nivel de compatibilidad (aplicable a suministradoras)
NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Nivel de compatibilidad (aplicable a suministradoras) ANCE, A.C.

78 Nivel de planeación (aplicable a suministradoras-utilización)
NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Nivel de planeación (aplicable a suministradoras-utilización) Estos niveles son la liga/conexión entre suministro y utilización ANCE, A.C.

79 Nivel de planeación (aplicable a suministradoras-utilización)
NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Nivel de planeación (aplicable a suministradoras-utilización) ANCE, A.C.

80 Nivel de planeación (aplicable a suministradoras-utilización)
NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Nivel de planeación (aplicable a suministradoras-utilización) ANCE, A.C.

81 Nivel de planeación (aplicable a suministradoras-utilización)
NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Nivel de planeación (aplicable a suministradoras-utilización) ANCE, A.C.

82 Nivel de emisión (aplicable a utilización)
NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Nivel de emisión (aplicable a utilización) Las instalaciones eléctricas de utilización deben considerar como máximo nivel de emisión a los niveles de planeación de la tabla 2 (NMX-J-610/3-6-ANCE), a menos que la compañía suministradora establezca niveles menores a los de dicha tabla. ANCE, A.C.

83 Nivel de emisión (aplicable a utilización)
NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Nivel de emisión (aplicable a utilización) ANCE, A.C.

84 Asociación de Normalización y Certificación, A.C.
NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Asociación de Normalización y Certificación, A.C. 2. Fuentes de armónicas ANCE, A.C.

85 NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Fuentes de armónicas Generación de armónicas en instalaciones eléctricas de utilización. Respuesta característica del sistema eléctrico nacional. Efectos de las armónicas en instalaciones del usuario y suministrador. ANCE, A.C.

86 Generación de armónicas en instalaciones eléctricas de utilización
NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Generación de armónicas en instalaciones eléctricas de utilización ANCE, A.C.

87 NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 ANCE, A.C.

88 k es cualquier entero positivo.
NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 h = k*q  1 Ih = 1/h En donde: h es el orden armónico. k es cualquier entero positivo. q es el número del pulso del circuito del rectificador. Ih es la amplitud de la corriente armónica de orden h. ANCE, A.C.

89 NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 La figura muestra el circuito del popular rectificador monofásico en conexión puente. Este rectificador emplea cuatro diodos y por esa razón no tiene la capacidad de controlar el flujo de energía desde la red hacia la carga. La figura muestra las formas de onda de tensión y de las diferentes corrientes, asumiendo que la corriente de la carga id está perfectamente filtrada. ANCE, A.C.

90 NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Las corrientes armónicas inyectadas por el rectificador puente monofásico con corriente perfectamente filtrada en la carga son: La figura muestra las formas de onda de tensión y de las diferentes corrientes, asumiendo que la corriente de la carga id está perfectamente filtrada. ANCE, A.C.

91 NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 La figura muestra el circuito de potencia del rectificador puente trifásico totalmente controlado, emplea 6 tiristores. Este convertidor es conocido también como rectificador de 6 pulsos, porque la tensión que genera en la carga contiene 6 pulsos en un período de la tensión de la red. (Circuito 2) (Circuito 1) ANCE, A.C.

92 NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Forma de onda DC, tensión ideal, a la salida del rectificador Trifásico (6 pulsos). ANCE, A.C.

93 NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Cuando el transformador del rectificador trifásico tiene conexión estrella-estrella, la corriente por la red tiene la misma forma de la figura. ANCE, A.C.

94 Esta corriente tiene las armónicas siguientes (Circuito 1) :
NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Esta corriente tiene las armónicas siguientes (Circuito 1) : Otra formula aplicable (Circuito 2): ANCE, A.C.

95 Para el caso de una conexión Delta-Estrella:
NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Para el caso de una conexión Delta-Estrella: ANCE, A.C.

96 Forma de onda AC, corriente ideal
NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Forma de onda AC, corriente ideal ANCE, A.C.

97 NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Característica de una fuente de corriente de línea armónica en un rectificador de 6,12,18 y 24 pulsos Corriente armónica de un Rectificador de 6 pulsos Orden Sistema Rectificador Frecuencia en porcentaje de la fundamental Armónico Numero de pulsos,q armónica Xc=0, Xc=0,15a n Base = Teórico = =32 x , ,9 x , , ,7 x x , , ,70 x x , , ,96 x x , , ,60 x x , , ,78 x x x , , ,63 x x x , , ,28 x , , ,36 x , , ,43 x x x , , ,59 x x x , , ,59 ANCE, A.C.

98 CIRCUITO PARA ELIMINAR 3er y 5ta ARMONICA
NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 CIRCUITO PARA ELIMINAR 3er y 5ta ARMONICA ANCE, A.C.

99 Ecuaciones de para la corriente armónica dependiendo la conexión
NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Ecuaciones de para la corriente armónica dependiendo la conexión CONEXION ESTRELLA CONEXION DELTA ANCE, A.C.

100 Respuesta característica del sistema eléctrico nacional
NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Respuesta característica del sistema eléctrico nacional GENERALIDADES El efecto de una o más fuentes de armónicas en un sistema de potencia depende principalmente de las características de respuestas en frecuencia de los sistemas. ANCE, A.C.

101 Capacidad de corto circuito del sistema
NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Capacidad de corto circuito del sistema La capacidad de cortocircuito del sistema es una indicación de la impedancia del sistema a la frecuencia fundamental en un punto del sistema. ANCE, A.C.

102 Efectos importantes sobre las características de la carga:
NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Efectos importantes sobre las características de la carga: La porción resistiva de la carga provee amortiguación que afecta la impedancia del sistema cerca de las frecuencias de resonancia. Los motores y otras cargas dinámicas que contribuyen a la capacidad de corto circuito del sistema pueden desplazar las frecuencias a las cuales ocurre la resonancia. ANCE, A.C.

103 Condiciones de resonancia
NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Condiciones de resonancia Las condiciones de resonancia del sistema son el factor más importante que afecta los niveles de armónicas en el sistema. ANCE, A.C.

104 Flujo normal de corrientes armónicas
NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Flujo normal de corrientes armónicas Las corrientes armónicas tienden a fluir desde las cargas no-lineales (fuentes armónicas) hacia la impedancia más baja, usualmente la de la fuente de la compañía suministradora. ANCE, A.C.

105 Flujo normal de corriente armónica
NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Flujo normal de corriente armónica ANCE, A.C.

106 NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Resonancia paralelo La resonancia paralelo ocurre cuando la reactancia capacitiva y la reactancia inductiva del sistema son iguales en alguna frecuencia. ANCE, A.C.

107 Condición de resonancia paralelo
NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Condición de resonancia paralelo ANCE, A.C.

108 NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Resonancia en serie La resonancia en serie es el resultado de la combinación en serie de los bancos de capacitores y la inductancia de los transformadores o las líneas. ANCE, A.C.

109 Resultado del banco de capacitores en la resonancia serie
NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Resultado del banco de capacitores en la resonancia serie ANCE, A.C.

110 Efecto de las cargas resistivas en el sistema
NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Efecto de las cargas resistivas en el sistema Las cargas resistivas no tienen efectos significativos sobre las características de respuesta en la frecuencia del sistema excepto, cerca de las frecuencias resonantes. ANCE, A.C.

111 Efectos de las armónicas en instalaciones del usuario y suministrador
NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Efectos de las armónicas en instalaciones del usuario y suministrador El grado al cual las armónicas pueden tolerarse se determina por la susceptibilidad de la carga o de la fuente de potencia. ANCE, A.C.

112 Instalaciones eléctricas de suministro (Sistemas de distribución)
NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Instalaciones eléctricas de suministro (Sistemas de distribución) Las características de respuesta en frecuencia en sistemas de distribución son dominadas por la interacción entre las capacitancias en paralelo y las inductancias del sistema. ANCE, A.C.

113 Característica típica de un sistema de distribución
NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Característica típica de un sistema de distribución ANCE, A.C.

114 Instalaciones eléctricas de utilización (Sistemas industriales)
NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Instalaciones eléctricas de utilización (Sistemas industriales) Los sistemas de potencia industriales son parecidos a los de distribución compactos, siendo entre ellos las diferencias mas importantes. ANCE, A.C.

115 Instalaciones eléctricas de utilización (Sistemas industriales)
NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Instalaciones eléctricas de utilización (Sistemas industriales) La respuesta en frecuencia es predominantemente dominada por bancos de capacitores de valor relativamente grande y por la inductancia de corto circuito. El % de cargas que producen armónicas es a menudo mayor que para los sistemas de distribución. ANCE, A.C.

116 Instalaciones eléctricas de utilización (Sistemas industriales)
NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Instalaciones eléctricas de utilización (Sistemas industriales) A menudo existe poca carga de tipo resistivo para proveer amortiguamiento cerca de la frecuencia de resonancia. La mayoría de sistemas industriales pueden analizarse con una representación de fases balanceadas. ANCE, A.C.

117 Instalación eléctrica típica de utilización
NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Instalación eléctrica típica de utilización ANCE, A.C.

118 Sistemas de transmisión
NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Sistemas de transmisión Las características de respuesta en frecuencia de sistemas de transmisión son muy complicados y virtualmente imposibles de generalizar. ANCE, A.C.

119 Corriente de quinta armónica fluyendo en la red de transmisión
NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Corriente de quinta armónica fluyendo en la red de transmisión ANCE, A.C.

120 Efectos de las armónicas en las instalaciones
NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Efectos de las armónicas en las instalaciones Los equipos en las instalaciones del usuario y del suministrador sufren diversos tipos de efectos, desde calentamientos hasta la destrucción. ANCE, A.C.

121 NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Transformadores A excepción de que las armónicas aplicadas a los transformadores, puedan provocar un incremento en el ruido audible, los efectos más importantes de estos componentes son usualmente aquellos originados por el efecto parásito (saturación del núcleo). ANCE, A.C.

122 NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 1.- Transformadores: Un elemento importante en los sistemas de distribución es indudablemente el transformador. Si bien el estudio de las armónicas inicialmente se dio como resultado de las corrientes de magnetización y de energización o inrush, hoy en día que existen cargas no lineales que generan continuamente armónicas de corriente. Muchos transformadores de distribución pueden presentar problemas relacionados con calentamientos adicionales a los esperados cuando el nivel del THD de la corriente (THDi) esta sobre el 8% y el transformador esta a un 80% o más de su capacidad nominal, particularmente si las armónicas son triples (3, 9, 15, 21...). En la actualidad debido al incremento de cargas no lineales varios parámetros nuevos se deben revisar al adquirir transformadores para redes de distribución. El estudio no esta solamente circunscrito al comportamiento de estas corrientes en el interior del transformador sino también abarca a los elementos más cercanos a este equipo (impedancia de la red, capacitores etc.) ANCE, A.C.

123 NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 1.- Transformadores: a) Principio básico de la distorsión por armónicas en transformadores: Nótese que el efecto de saturación puede verse desde el primario o secundario dependiendo de la dirección en la cual fluye la corriente. El tipo de conexión de un transformador trifásico casi siempre ha sido un parámetro que poco o nada se toma en cuenta el momento de adquirir un transformador, sin embargo debido al aparecimiento de las cargas no lineales el tipo de conexión puede representar un factor importante para la reducción de cierto tipo de armónicas generadas desde cargas no lineales. ANCE, A.C.

124 1.- Transformadores: b) Comportamiento de la distorsión armónica de acuerdo a la conexión de los devanados ( primario y secundario del transformador) : En el neutro se suman las armónicas “triples” (6n-3) de secuencia cero (3a, 9a, 15a, 21a.). Estas corrientes pueden crear caídas de tensión importantes a lo largo del neutro, lo que conlleva diferencias de potencial considerables entre éste y el conductor de protección que provocan calentamientos y errores de funcionamiento. Las corrientes armónicas del neutro se reflejan en la delta de transformadores, por donde circulan éstas, elevando la densidad de flujo en el núcleo.

125 1.- Transformadores: b) Comportamiento de la distorsión armónica de acuerdo a la conexión de los devanados ( primario y secundario del transformador) : En los transformadores delta–estrella las corrientes armónicas “triples” se suman en el neutro del secundario. En el primario, las corrientes armónicas “triples” de las cargas desbalanceadas salen por los conductores y los de las cargas balanceadas quedan atrapados en el debanado de la delta. Aunque esto podría utilizarse para eliminar las armónicas “triples” balanceadas, solo es válido en determinadas aplicaciones por los problemas que genera la recirculación de dichas corrientes en la delta.

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127 1.- Transformadores: b) Comportamiento de la distorsión armónica de acuerdo a la conexión de los devanados ( primario y secundario del transformador) : Los transformadores con secundario en zig-zag están formados por seis devanados iguales, dos por fase. Esta disposición desvía las corrientes armónicas “triples” del neutro a los conductores de fase.

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129 Transformador especial para armónicas
NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Efectos térmicos Cargados al 100 % Con armónicas Transformador normal Transformador especial para armónicas ANCE, A.C.

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131 Limite de funcionamiento
NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Especificaciones de las NMX de Transformadores NMX-J-284-ANCE, NMX-J-285-ANCE, etc. Magnitud Limite de funcionamiento Contenido armónico en la corriente 5% de la Inominal del transformador Sobretensión rms máximo 5% a plena carga 10% en vacío ANCE, A.C. IEEE C

132 NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Si el factor de distribución de la I es mayor que el limite de la tabla (IEEE C ) entonces se puede utilizar la norma C , para evaluar el nuevo limite de carga del transformador (derating). Transformadores ANCE, A.C.

133 4.- Factor K Este factor “K” se define como aquel valor numérico que representa los posibles efectos de calentamiento de una carga no lineal sobre el transformador. La potencia asignada del transformador que se use debe ser igual o mayor que la potencia equivalente. En el caso en que un transformador en servicio se desee cargar posteriormente con corrientes armónicas un factor reductor de 1/K debe ser aplicado a la potencia asignada.

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137 NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 2.- Generadores ¿El mismo valor de la distorsión armónica tiene los mismos efectos dañinos en la acometida y la planta de emergencia?. Se me ocurre que parte importante de dar a conocer los efectos dañinos, es indicar que implica las fallas en el equipo, por ejemplo: si un TR se calienta, perdemos eficiencia, un TR puede trtabajar a un 130 % de su capacidad siempre y cuando tenga un buen sistema de enfrimiento. ANCE, A.C.

138 NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 2.- Generadores En principio la afectación va a existir ya sea en el transformador o en la planta, dependiendo si esta en esta en estado de apertura o cierre el desconectador automático para transferencia, pero se manifiesta de manera diferente. Se me ocurre que parte importante de dar a conocer los efectos dañinos, es indicar que implica las fallas en el equipo, por ejemplo: si un TR se calienta, perdemos eficiencia, un TR puede trtabajar a un 130 % de su capacidad siempre y cuando tenga un buen sistema de enfrimiento. En el transformador se manifiesta con saturación del núcleo que puede originar calentamientos; En el alternador de la planta de emergencia, se manifiesta con bloqueo en la flecha que puede destruirlo en el peor caso (en ausencia de una protección). ANCE, A.C.

139 NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 3.- Que elemento de la máquina/ equipo se daña por efecto  de la distorsión armónica (aislamiento?, saturación del núcleo?, etc) Si el contenido armónico es suficientemente alto, esto puede llevar a que la planta de emergencia no provea la potencia que se le requiere. En este caso, puede ser necesario sobredimensionar la planta de emergencia para evitar la perdida en el suministro. El principal efecto de la presencia de las tensiones y corrientes armónicas en las maquinas rotatorias (de inducción y sincronas) es el incremento de temperatura debido a las pérdidas en el hierro y en el cobre en las frecuencias armónicas. Adicionalmente la reducción sostenida del aislamiento, puede disminuir el tiempo de vida útil de la maquina rotatoria. The rise of stator and rotor winding losses results from both the increase in the r.m.s. current value, due to distortion, and the increase in the effective resistance of the windings, due to the skin effect. In electric motors the increase of stator and rotor core losses (particularly three-phase induction motors) and even a small harmonic voltage distortion give rise to additional magnetic flux and hence additional currents in the rotor winding and core. These additional currents, which in the case of a strong voltage distortion can be of the same order of magnitude as the magnetizing current, are the cause of additional active power loss, temperature rise and increase in machine failure rate. The additional eddy current losses depend on the machine core design, solid or laminated, and its magnetization curve. In a synchronous machine the additional losses associated with high harmonics occur mainly in the stator windings and damping cage. Generally, the stator losses are significantly smaller. Most significant are the harmonics which form a negative-sequence system, i.e. the 5th, 11th, 17th, 23rd, In high-voltage induction motors the rotor and stator losses are approximately equal. The wound-rotor induction motors allow for a larger rotor loss than squirrel-cage motors. Additional harmonic torques are the effect of interaction between the air gap flux (mainly the fundamental component) and fluxes produced by rotor harmonic currents. Their effect on the resultant, average motor torque is practically small. Moreover, they have a tendency to mutual cancellation. Positive-sequence harmonics produce a forward rotating field that adds to the torque and supports the machine rotation, whereas the other harmonics (5th , 11th, 17th, 23rd, ) have the converse effect. Harmonic torques influence the instantaneous value of the resultant torque and result in its fluctuation. Mechanical oscillations of electric machines, supplied with distorted voltage, attain their maximum values when the frequency of the motor torque variations is equal or close to the mechanical resonance frequency of the motor and driven machine set. An important factor is the motor load torque. This phenomenon can also occur in a turbine–generator set. The presence of harmonic currents in motor windings increases the acoustic noise emission compared to that for sinusoidal waveforms. By affecting the air gap flux distribution, harmonics can hamper the soft start of a motor or increase its slip. ANCE, A.C.

140 Motores y/o generadores
NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Motores y/o generadores Un efecto principal de las tensiones y corrientes armónicas en las maquinas rotatorias (de inducción y sincrónico) es el incremento de temperatura debido a las pérdidas en el hierro y en el cobre en las frecuencias armónicas. La tabla siguiente define los ordenes de las armónicas características derivados de un convertidor de seis-pulsos e implica el efecto cuando se aplica a las terminales de una maquina rotatoria. ANCE, A.C.

141 Motores y generadores ( + ) ( - ) 1 60 5 300 6 7 420 11 660 12 13 780
NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Motores y generadores ORDEN DE ARMONICO FRECUENCIA Hz. SECUENCIA DE LA RED ARMÓNICAS EN EL ESTATOR ROTACIÓN ARMÓNICA EN EL ROTOR 1 60 ( + ) DIRECTA 5 300 ( - ) INVERSA 6 7 420 11 660 12 13 780 ANCE, A.C.

142 Motores y generadores NMX-CC-SAA-19011-IMNC-2002 abril de 2017
ANCE, A.C.

143 NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Cables de potencia Debido a dos fenómenos conocidos como efecto pelicular (skin) y proximidad. La capacidad de las corrientes en los cables debe reajustarse. ANCE, A.C.

144 NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Derating de Cables Vs Armónicas para Distribución de corriente armónica de Seis-pulsos ANCE, A.C.

145 NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Capacitores Una preocupación principal que se origina por el uso de capacitores en el sistema de potencia, es la posibilidad de resonancia del sistema. ANCE, A.C.

146 Capacitores y efectos de las resonancias
NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Capacitores y efectos de las resonancias ANCE, A.C.

147 Capacitores y efectos de las resonancias
NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Capacitores y efectos de las resonancias ANCE, A.C.

148 Especificaciones de las NMX de Capacitores NMX-J-203-1-ANCE
NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Especificaciones de las NMX de Capacitores NMX-J ANCE Magnitud Límite permitido kVAR 135% kVAR nominal Tensión rms 110% Vnominal Vpico 120% V(pico nominal) Corriente eficaz (rms) 180% Inominal ANCE, A.C. IEEE

149 NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Equipo electrónico El equipo electrónico de potencia es susceptible a mal funcionamiento causado por distorsión armónica. ANCE, A.C.

150 NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Mediciones La medición y la instrumentación son afectados por las componentes armónicas, particularmente si existen condiciones de resonancia las cuales dan como resultado tensiones y corrientes armónicas elevadas en los circuitos. ANCE, A.C.

151 Interruptores y protecciones
NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Interruptores y protecciones Tal como con otros tipos de equipo, las corrientes armónicas pueden aumentar el calentamiento y las pérdidas en el interruptor, reduciendo la capacidad de conducción de corriente de estado estable y reduciendo la vida de algunos componentes aislantes. ANCE, A.C.

152 Interruptores y protecciones
NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Interruptores y protecciones 1. Los relevadores exhiben una tendencia a funcionar más lentamente y/o con valores de disparo más altos en lugar de operar rápidamente y/o con valores de disparo más bajos. 2. Los relevadores bajo frecuencias estáticas son susceptibles a los cambios sustanciales en las características de operación. 3. En la mayoría de los casos, los cambios en las características de operación son relativamente pequeños sobre el intervalo moderado de distorsión esperado durante el funcionamiento normal (por ejemplo, un factor armónico de 5 % ). Un estudio canadiense documenta los efectos de los armónicos sobre el funcionamiento de las protecciones de la siguiente manera: ANCE, A.C.

153 NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 4. Para diferentes fabricantes, los relevadores de sobretensiones y sobre corriente exhiben diferentes cambios en las características de operación Dependiendo del contenido armónico, los torques de operación de los relevadores a veces se invierten 6. La impedancia de la línea fija equilibrada del relevador muestra que el adelanto y bajo alcance, dependen de la distorsión Las armónicas a veces afectan el funcionamiento a gran velocidad de los relevadores diferenciales. Algunas pruebas demuestran que los relevadores pueden exhibir limitación completa. Un estudio canadiense documenta los efectos de los armónicos sobre el funcionamiento de las protecciones de la siguiente manera: ANCE, A.C.

154 Sistema de corrección de factor de potencia sobrecalentado debido a armónicas excesivas. Preocupación por aspectos de seguridad: - Conato de incendio. - Lesiones a personal de mantenimiento.

155 Asociación de Normalización y Certificación, A.C.
NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Asociación de Normalización y Certificación, A.C. 3. Métodos de análisis de distorsión armónica ANCE, A.C.

156 Métodos de análisis de distorsión armónica
Representación de fuentes de armónicas. Cálculos simplificados. Simulación con programas comerciales. Metodología para evaluar nuevas fuentes de armónicas.

157 CÁLCULOS DE CORRIENTES ARMÓNICAS
NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 CÁLCULOS DE CORRIENTES ARMÓNICAS La mayoría de fuentes armónicas pueden representarse como fuentes de corriente ideales para propósitos de análisis ANCE, A.C.

158 NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 EL DISPOSITIVO NO-LINEAL PUEDE REEMPLAZARSE POR UNA FUENTE DE CORRIENTE ANCE, A.C.

159 NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Básicamente, estos dispositivos que producen armónicas caen en tres categorías generales: Dispositivos del tipo electrónica de potencia (convertidores, etc.) 2. Dispositivos del tipo de arco (hornos de arco, lámparas fluorescentes) 3. Dispositivos ferromagnéticos (transformadores) ANCE, A.C.

160 NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 CÁLCULOS DE RESPUESTA EN FRECUENCIA DEL SISTEMA Los elementos importantes del modelo que se usa para realizar esos cálculos incluyen: Impedancia equivalente de cortocircuito del sistema. - Banco de capacitores. - Características de líneas y cables en el sistema. - Características de cargas ANCE, A.C.

161 COMPENSACIÓN DE POTENCIA REACTIVA Y CONTROL ARMÓNICO
NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 COMPENSACIÓN DE POTENCIA REACTIVA Y CONTROL ARMÓNICO TRIANGULO DE POTENCIA ANCE, A.C.

162 Para esto se parte de un circuito eléctrico simple
NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Cálculos Simples – Calculo de resosnancia armónica paralelo de una instalación eléctrica que tiene capacitores Se pueden calcular los valores de capacitores que creen una resonancia armónica paralelo en conjunto con un reactor para eliminar una armónica determinada en la instalación eléctrica. Para esto se parte de un circuito eléctrico simple ANCE, A.C.

163 Corrientes armónicas generadas por las cargas no lineales
NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Corrientes armónicas generadas por las cargas no lineales ANCE, A.C.

164 FRECUENCIA DE RESONANCIA
NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 FRECUENCIA DE RESONANCIA En donde: hr es la frecuencia resonante como un múltiplo de la frecuencia fundamental   MVAsc es la capacidad de cortocircuito en el punto de estudio ANCE, A.C.

165 NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Mvarcap es la capacidad nominal del capacitor a la tensión del sistema.  Xc es la reactancia capacitiva del banco de capacitores a la frecuencia fundamental  Xsc es la reactancia de cortocircuito en la subestación ANCE, A.C.

166 La impedancia real del sistema
NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 La impedancia real del sistema En donde: Z(w) = Zh es la impedancia de sistema como una función de la frecuencia w=2**f   R + jwL es la impedancia de la fuente como una función de la frecuencia   1/jwC es la reactancia capacitiva como una función de la frecuencia ANCE, A.C.

167 Ihes la fuente de corriente para cada armónica característica.
NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Magnitud de tensión En donde: Ihes la fuente de corriente para cada armónica característica. ANCE, A.C.

168 Circuito eléctrico para análisis de armónicas y su corrección
NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Circuito eléctrico para análisis de armónicas y su corrección ANCE, A.C.

169 NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Problema: Una instalación a 60 Hz, conectada a 13,8 kV, tiene una potencia de corto circuito de 360 MVA, ésta tiene bancos de capacitores en serie de 3600 kVAR (tres botes de 1200 kVAR por fase, conectados en Y, cada uno de 8,320 kV) en serie con un reactor de 6,64 mH (uno por fase). a) Determinar la frecuencia de la resonancia serie del filtro y b) determinar la frecuencia de resonancia paralelo entre el filtro y el sistema. ANCE, A.C.

170 NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Problema: Un conductor conduce 34 A a 60 Hz, 15 A en la 3a armónica, 21 A en la 5ta, 17 A en la 7a y 10 A en la 11va armónica. ¿Cual es la corriente armónica total en el conductor?: ANCE, A.C.

171 NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Problema: Un conductor conduce 34 A a 60 Hz, 1,5 A en la 3a, 2,1 A en la 5ta, 1,7 A en la 7a y 1,0 A en la 11va armónica. ¿Cual es la distorsión armónica total en corriente en el conductor?: ANCE, A.C.

172 NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Problema: Dado a que se mide una corriente armónica de 5o orden en el circuito y se requiere de un banco de 3,6 MVA en el circuito para la corrección del FP, ¿calcular la reactancia inductiva para el filtro?, se conectan lo capacitores en Y y se utilizan capacitores de 8320 V. ANCE, A.C.

173 Aspectos generales en el diseño de filtros pasivos de armónicas

174 Configuraciones usuales de filtros paralelo pasivos
fo = Frecuencia resonante en Hz L = Inductancia del filtro en Hy C = Capacitancia del filtro en Fr

175 Impedancia vs. Frecuencia

176 Frecuencias de resonancia paralelo

177 Efecto del factor de calidad, de filtros sintonizados, en la impedancia. Filtros para h=5 y h=7, 2 MVAR cada uno, Scc=200 MVA, X/R=5

178 Ecuaciones de diseño

179 Ecuaciones de diseño

180 Corriente armónica a filtrar: 5ta Tensión del sistema L-L: 13,8 kV
Ejemplo 1; Adaptación de un banco de capacitores a un filtro de 5a Armónica Datos: Corriente armónica a filtrar: 5ta Tensión del sistema L-L: 13,8 kV Tamaño del banco de para FP: 4,5 15 kV Carga: 8 MVA, compuesto de un compensador estático de 6 pulsos

181 Ejemplo Si se utilizan capacitores de V (tensión L-N para un sistema en 15 kV) Está por debajo del límite de 1,1 p.u. de la NMX-J ANCE (IEEE 18)

182 Ejemplo Está por debajo del límite de 1,2 p.u. de la NMX-J ANCE (IEEE 18) Está por debajo del límite de 1,8 p.u. de la NMX-J ANCE (IEEE 18)

183 La potencia reactiva que entrega el banco es:
Ejemplo La potencia reactiva que entrega el banco es: La potencia trifásica del banco es:

184 Esta por debajo del 1,35 p.u. de la NMX-J-203-1-ANCE (IEEE 18)
Ejemplo La potencia total de capacitor se derratea debido a que el banco es de una clase de tensión mayor: Por lo tanto, considerando la influencia de las armónicas, la razón de la potencia que entrega entre la derrateada es: Esta por debajo del 1,35 p.u. de la NMX-J ANCE (IEEE 18) Hasta este punto, lo único que falta es verificar los puntos de la resonancia paralelo. Sin embargo, debido a que se asume que la carga no contiene armónicas características de frecuencia menor que la 5ta, por lo tanto no es importante en donde se encuentran las resonancias paralelo.

185 Simulación por Computadora
NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Simulación por Computadora - Barridos de frecuencia para respuesta del sistema. - Respuesta a múltiples fuentes de armónicas. - Soluciones para sistemas multifases desbalanceados. ANCE, A.C.

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194 Lineamientos de modelado para análisis armónico
NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Lineamientos de modelado para análisis armónico Complejidad global del modelado Para sistemas industriales y de distribución, es generalmente suficiente modelar el sistema en detalle solo en el lado de baja del transformador reductor de un sistema de transmisión. ANCE, A.C.

195 Modelado de Sistema trifásicos Vs monofásicos
NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Modelado de Sistema trifásicos Vs monofásicos Para la mayoría de estudios armónicos, una representación monofásica del sistema utilizando el modelo de sistema de secuencia positiva será suficiente. ANCE, A.C.

196 Las excepciones a esta regla son las siguientes situaciones:
NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Las excepciones a esta regla son las siguientes situaciones: La interferencia telefónica Aquí la influencia de las armónicas de corriente (secuencia cero) residual, en este caso el desbalance del sistema o de la fuente de armónicos debe ser representado para determinar exactamente las corrientes armónicas residuales. 2.Bancos de capacitores monofásicos. Los modelos balanceados monofásicos no son suficientes cuando existen capacitores monofásicos en el sistema. Un modelo completo trifásico se necesita para determinar la respuesta del sistema. ANCE, A.C.

197 NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Fuentes armónicas monofásicos o desbalanceadas En este caso, el desbalance de las fuentes solo puede representarse con un modelo trifásico que está utilizado. 4. Fuentes de tensión armónicas múltiplos de tres. Un modelo trifásico se requiere para demostrar la alta impedancia al flujo de las corrientes armónicos múltiplos de tres. ANCE, A.C.

198 METODOLOGIA RECOMENDADA PARA EVALUAR NUEVAS FUENTES DE ARMONICAS

199 Un procedimiento de análisis general de armónica debería ser adoptado para él calculo del proceso de la planificación del sistema. Este procedimiento debería ser empleado siempre que existan grandes fuentes de armónicos conocidas o cuando se proponen generadores dispersos significativos.

200 Identificando Objetivos de Análisis Armónicos.
El procedimiento de análisis Armónico global dependerá de los objetivos específicos del estudio siendo realizado. Los objetivos posibles incluyen: Caracterizar los niveles de armónicas existentes. Evaluar un problema de sistema (fallas, interferencia telefónica) que puede estar relacionada a los armónicos. Evaluar el impacto de nuevas cargas que producen armónicos, dispositivos o generadores dispersos en el sistema. Diseñar equipo para control de armónicos.

201 Desarrollar Modelo Inicial del Sistema/ Realizar Simulaciones preliminares.
Las simulaciones preliminares deberían de ser usadas para estudiar niveles de armónicos esperados y las características de respuesta del sistema. Estas simulaciones deberían ser utilizadas para diferentes condiciones de sistema para identificar las condiciones de preocupación potencial.

202 Realizando Mediciones Armónicas.
Las mediciones a menudo son necesarias por cualquiera de las siguientes razones: 1. Caracterizar niveles armónicas de fondo, incluyendo características estadísticas. 2. Determinar características de las fuentes armónicas. 3. Validar los modelos de simulación.

203 Realizar Simulaciones Detalladas.
Las simulaciones detalladas deberían utilizar cualquier resultado de mediciones para validación de modelo y luego expandirse más allá de las condiciones de sistema específicos asociados con las pruebas de campo.

204 Las simulaciones deberían expandir en las mediciones de las siguientes maneras:
1. Analizar condiciones de sistemas diferentes, incluyendo condiciones futuras posibles. 2. Determinar efectos de nuevas fuentes armónicas en el sistema. 3.Simular parámetros de equipos y procedimientos perativos para control armónico.

205 Desarrollar Soluciones para Problemas Armónicas.
Las simulaciones serán usadas para desarrollar soluciones de cualquier problema armónico potencial. Las soluciones pueden incluir: Restricciones operativas. Configuraciones de las cargas del sistema. Filtros armónicos. Acoplamiento reducido a circuitos de teléfono y comunicación.

206 Experiencias del problema de PQ
La solución a estos problemas requiere: Conocimientos sólidos del comportamiento de la red o instalación eléctrica. Conocimiento de la operación de los equipos involucrados. Uso adecuado de dispositivos y equipos para mitigar problemas de calidad de la energía. Sobre todo de equipos que cumplan con requisitos establecidos en normas.

207 Evaluación simple de fuentes de armónicas
NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Evaluación simple de fuentes de armónicas ANCE, A.C.

208 Evaluación simple de fuentes de armónicas
NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Evaluación simple de fuentes de armónicas ANCE, A.C.

209 rjimenez@ance.org.mx bulsanchez@yahoo.com.mx
Preguntas???

210 Gracias por su atención
NMX-CC-SAA IMNC-2002 abril de 2017 Gracias por su atención ANCE, A.C.