We use our own and third-party cookies to improve browsing and provide content of interest.

In continuing we understand that you accept our Cookies Policy. You can modify the cookies storage options in your browser. Learn more

I understand

Destacats

Harmònics: Problemàtica actual i la seva solució

on .

 

La solució més versàtil als problemes de qualitat de xarxa

Introducció

Les càrregues domèstiques i industrials contenen cada vegada més circuits electrònics que s'alimenten de corrent que és sinusoïdal pura. Així per exemple, els motors empren cada cop més la regulació de freqüència, que requereix un pas de corrent altern (CA) a corrent continu (CC) i després de CC a CA. Com que el subministrament habitual és en CA, això implica un ús cada cop més intensiu de convertidors electrònics (rectificadors, onduladors, etc.) per realitzar aquestes transformacions CC-CA i CA-CC. El mateix succeeix amb càrregues tan habituals com ordinadors, enllumenat LED i de descàrrega, ascensors, etc.

Des del punt de vista de la xarxa elèctrica, això es tradueix en que aquesta ha d'alimentar un gran nombre de càrregues que rectifiquen el corrent i per tant, la forma d'ona del corrent que consumeixen resulta alterada, de forma que ja no és una ona sinusoïdal, sinó una superposició d'ones sinusoïdals amb freqüències múltiples de la freqüència de xarxa (harmònics). Les figures 1 i 2 mostren el consum típic d'una xarxa amb rectificadors monofàsics i una altra amb rectificadors trifàsics. Aquest tipus de corrents són les més abundants en instal·lacions com oficines, centres comercials, hospitals... i estan formades per una component de 50 o 60 Hz (freqüència fonamental de la xarxa) i una sèrie de components de freqüències múltiples en diferents percentatges. Aquests percentatges poden mesurar-se mitjançant un analitzador d'harmònics, així com la taxa de distorsió total, THD, que dóna la relació entre el valor eficaç de l'arrissat i l'eficaç de la component fonamental.

Fig. 1 - Formas de onda típicas de redes distorsionadas

La conseqüència dels consums no sinusoïdals és que la tensió pateix també una certa distorsió, degut a les caigudes de tensió en les impedàncies de línies i transformadors. En els registres pot observar-se una lleu distorsió de la tensió en la xarxa monofàsica (THD baix) i una distorsió més forta en l'exemple trifàsic. En ambdós casos el corrent té formes molt diferents de la sinusoïdal amb valors de THD més alts.

Per regular i limitar els nivells de distorsió de tensió en els punts d'enllaç dels abonats a la xarxa pública, existeixen una sèrie de normes internacionals que estableixen límits d'emissió d'harmònics per als equips i sistemes que hagin de connectar-se a la xarxa. Com es detalla en la següent taula, les normatives més importants són les relatives als nivells de compatibilitat.

AFQevo

Tabla 1 - Normas internacionales sobre límites de emisión de armónicos

 

Alguns conceptes clau sobre harmònics

Podem comprendre millor els problemes d'harmònics basant-nos en alguns conceptes bàsics, que han estat publicats en nombrosos articles i llibres i que resumim a continuació en forma resumida:

  • L'origen dels problemes d'harmònics són els receptors que consumeixen corrents distorsionats (receptors anomenats "no linials").
  • La propagació del problema a altres usuaris connectats a la mateixa xarxa depèn de la impedància d'aquesta xarxa i això depèn de la companyia distribuïdora. Aquesta impedància no sol donar-se directament, però pot calcular-se a partir de la potència de curtcircuit disponible (a més potència de curtcircuit menys impedància).
  • El propi usuari té una part de la xarxa de distribució fins arribar a la càrrega final. Així doncs el problema que pugui tenir a l'entrada de la seva instal·lació pot ser atribuit a falta de potència de curtcircuit, però en molts casos el problema que pugui tenir en punts allunyats de la connexió de servei, sol ser a causa de les impedàncies de la seva pròpia instal·lació.
  • Endinsant-nos en el tema de la distorsió en punts allunyats de la connexió de servei, cal tenir en compte que la impedància de les línies té una component inductiva molt important. Per tant no es tracta molts cops de distribuir amb cables de secció molt gran, sinó de limitar la inductància per metre dels cables, i això s'aconsegueix trenant i recargolant els cables de distribució (pràctica molts cops rebutjada pels instal·ladors per la falta d'estètica que representa).
  • El problema de distorsió de la tensió en el punt PCC pot agreujar-se degut a ressonàncies entre els condensadors de compensació del factor de potència i la inductància de la xarxa de distribució (transformadors i línies).
  • Les mesures correctores (filtres) han d'instal·lar-se el més aprop possible de les càrregues generadores dels harmònics.

En resum, la solució del problema d'harmònics és una solució a dues bandes: Per una banda l'usuari ha de limitar la quantitat de corrents harmònics que generen els seus receptors i ha de procurar distribuir dins de la seva planta amb baixa impedància per metre de línia. Per altra banda la companyia distribuïdora ha de garantir un mínim de potència de curtcircuit i ha de vetllar per a que els usuaris no superin certs límits de distorsió, per no perjudicar els seus veins que comparteixen amb ells la xarxa.

Quan els nivells d'harmònics generats per alguns receptors no són admissibles per al sistema de distribució que els alimenta, s'han d'aplicar filtres de correcció. En aquest article ens centrarem i desenvoluparem el tema del filtratge.

 

Límits de compatibilitat per a harmònics

La presència d'harmònics en la xarxa té vàries conseqüències. Les més importatns són les següents:

  • Deteriorament de la qualitat de l'ona de tensió, afectant a alguns receptors sensibles.
  • Sobrecàrrega i possible ressonància paral·lel entre la inductància de línia i els condensadors de compensació de factor de potència (FP)
  • Empitjorament de factor de potència. La capacitat de la xarxa per subministrar potència se'n veu disminuïda, obligant al seu sobredimensionament. 
  • Sobrecàrrega de cables i sobre tot de transformadors (augment molt significatiu de les pèrdues en el ferro)
  • Problemes de disparament intempestiu de proteccions.

Per evitar aquests fenòmens, les normes estableixen un mínim de qualitat de subministrament, que es fixa limitant els nivells màxims de distorsió en l'ona de tensió subministrada en el punt d'acoblament a la xarxa pública (PCC). Aquests límits s'anomenen límits de compatibilitat. La taula 2 ofereix un resum d'aquests límits, respecte dels harmònics en xarxes industrials de BT. Les diferents classes esmentades en aquesta taula corresponen a:

  • Classe 1: Entorn industrial previst per a alimentació d'equips electrònics sensibles
  • Classe 2: Entorn industrial normal. Límits habituales per a xarxes públiques
  • Classe 3: Entorn industrial degradat (generalment per la presència de convertidors). No apte per a alimentació d'equips sensibles.
AFQevo. Filtro Activo Multifunción
Tabla 2 - Límites de compatibilidad: Armónicos de tensión (Un%) en redes industriales de BT (IEC-61000-2-4)

 

 

Els harmònics de tensió es deuen a la caiguda de tensió que prodeixen els harmònics de corrent sobre les impedàncies de la xarxa de distribució. Aquest fet s'il·lustra en la fig. 2. Així doncs, aconseguir aquests límits depèn de dos factors:

  1. Nivell d'emissió dels receptors: A major emissió, major distorsió deguda a la caiguda de tensió produïda pels corrents harmònics en la xarxa.
  2. Impedància de la xarxa: A major impedància, major caiguda de tensió per al mateix valor d'emissió en els receptors.

 

Tabla 3 - Límites de emisión para Sequipo< 33x Scc (EN-IEC-61000-3-4)

La taula 3 dóna els valors límit d'emissió en xarxes de baixa tensió, fixats per la norma EN-IEC-61000-3-4 per a connexions de servei en les quals la potència instal·lada en elements pertorbadors no superi el valor (33 x Scc), on Scc és la potència de curtcircuit que correspongui a aquesta connexió de servei (Part proporcional de la potència de curtcircuit total que correspongui a la potència contractada).

 

Fig.2 - Esquema unifilar mostrando el deterioro de la onda de tensión debido a cargas no lineales

 

En quines instal·lacions es necessiten els filtres actius?

Alguns dels problemes de pertorbacions que hem indicat anteriorment poden ser mitigats i corregits amb filtres. Els filtres actius són la solució ideal per a instal·lacions amb gran quantitat de càrregues monofàsiques i trifàsiques, que siguin generadores d'harmònics i amb diferents règims de consum.

Els filtres actius són equips basats en convertidors amb modulació d'ample de pols PWM. Poden distingir-se dos tipus: Filtres sèrie i filtres paral·lel. Habitualment per complir amb les normes IEC-61000-3.4 i IEEE-519 s'empleen filtres paral·lel, el principi de funcionament del qual consisteix en la injecció a la xarxa, en contrafase, dels harmònics consumit per la càrrega, mitjançant un ondulador. La fig. 3 il·lustra aquest principi de funcionament mostrant els corrents de càrrega, de filtre i de xarxa. Es veu que de la suma de ICARGA + IFILTRO s'obté un corrent IRED que és sinusoïdal.

Aeropuertos e infraestructuras - Industrias automovilísticas - Grandes superfícies y centros comerciales - Industrias papeleras

Fig. 3 - Principio de funcionamiento de un filtro activo paralelo.

 

La solució

Els equips de filtratge han anat incorporant funcions complementàries per adaptar-se a les modificacions en les instal·lacions, ja siguin ampliacions o canvis de les màquines que poden precisar més filtratge de determinats harmònics o un equilibrat entre fases. Sol ser també útil disposar d'una compensació d'energia reactiva en aquests equips.

"Fàcil interacció 
amb pantalla tàctil"

 

CIRCUTOR disposa del nou filtre actiu AFQevo. El seu nou disseny permet oferir avantatges com:

  • Capacitat unitària de filtratge per a corrents de 30 A per fase i de 90 A de neutre.
  • Si es requereixen majors capacitats de filtratge, el sistema pot ser ampliat amb fins a 100 filtres actius AFQevo connectats en paral·lel.
  • Reduit embolcall metàlic per al muntatge en mural. Facilitat en la instal·lació per dimensions.
  • Comunicacions per a una millor gestió energètica de la instal·lació.
  • Connexionat en el costat de xarxa o de la càrrega per a una major flexibilitat d'instal·lació.
  • Ajustament de prioritat per filtrar harmònics, compensar reactiva i equilibrar fases.
  • Reducció dels corrents harmònics fins l'ordre 50 (2500 Hz).
  • Filtratge selectiu de determinats harmònics. Compensació de potència reactiva (inductiva/capacitiva).
  • Equilibrat dels corrents de fase. El model 4 W, ajuda a la reducció del consum en el neutre.

La importància d'una bona instal·lació

Per aconseguir els millors resultats, convé disposar d'uns filtres com els AFQevo que s'instal·len i gestionen de forma senzilla. Les funcions que més faciliten la posada en marxa són:

  • Posada en marxa en 3 passos: connectar, configurar, arrancar.
  • Display tàctil per a una ràpida gestió
  • Alarmes com error de configuració, polaritat, temperatures, ressonància, tensions, sobrecàrrega,  contactors, bus de contínua, etc.
 

"Ajuden a una millor gestió energètica"

AFQevo. CONECTAR - CONFIGURAR - ARRANCAR

Polivalents: Diverses configuracions i prioritats 

Els filtres actius AFQ són molt versàtils, ja que permeten diverses configuracions i modes de funcionament. Tot per poder usar-los en instal·lacions de diferent tipus i en les més diverses situacions.

Polivalentes: Diversas configuraciones y prioridades

Aplicación tipo con Filtros Activos Multifunción AFQevo en cabecera y junto a la carga.

 

Conclusions

La presència d'harmònics en les xarxes de distribució és cada cop més gran, causant una sèrie de problemes de deteriorament de la qualitat de l'ona de tensió, fent necessari un sobredimensionament de les instal·lacions i ocasionant pèrdues addicionals significatives. Al marge de que existeixen normes que limiten el consum d'aquests harmònics, resulta convenient el seu filtratge, ja que permet optimitzar les seccions de cable, les potències dels transformadors de distribució i reduir les pèrdues en les instal·lacions i evitar pèrdues de producció.

La solució del problema passa per un disseny global i racional de filtres d'harmònics. com els filtres actius, la qual cosa permet solucionar el problema amb uns costos raonables i fàcilment amortitzables per l'estalvi en pèrdues, millora de la vida d'alguns component de les instal·lacions i optimització de la infraestructura de distribució (cables, canalitzacions, transformadors, etc).

 

Podeu descarregar aquest document en format pdf PDF: es  en  fr  de  pl  pt  

 

Contacteu amb nosaltres:
T. 93 745 29 00
 

 


Podeu informar-vos de les nostres notícies a la secció de notícies.
També podeu seguir les nostres publicacions en el Twitter de CIRCUTOR, i a Linkedin.

circutor32x32

Contacte

CIRCUTOR, SA
Vial Sant Jordi s/n, 08232
Viladecavalls (Barcelona) Spain
Tel: (+34) 93 745 29 00
Fax (+34) 93 745 29 14

Servei d'Assistència Tècnica

(+34) 93 745 29 19

SAT