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ARMONICOS ELECTRICOS





Solucion al problema de armonicos

filtros

El uso de filtros de armónicas en sistemas potencia tiene dos objetivos: el principal es prevenir la entrada de corrientes y voltajes armónicos desde agentes contaminantes al resto del sistema; y proveer al sistema toda o parte de la potencia reactiva que éste necesita.

Los filtros de armónicas pueden ser, según el propósito particular que se persigue, de dos tipos:

·                Filtros Series

·               Filtros Shunt

Los Filtros Series impiden el paso de una frecuencia particular (armónica), desde el contaminante hacia alguna componente de la planta o parte del sistema de potencia, mediante la presencia de una gran impedancia serie a la frecuencia especificada. Estos constan de un inductor y un capacitor en paralelo que se posicionan en serie a la parte de la red que se desea proteger.

Figura Nº 75: Filtros Series

Los Filtros Shunt por su parte proveen un paso alternativo de muy baja impedancia para las frecuencias armónicas, y consisten en una rama resonante serie compuesta por elementos RLC en conexión paralela con el sistema de alimentación.

A continuación se presentan ciertas desventajas del filtro serie respecto del filtro shunt.

·        El filtro serie debe ser capaz de soportar toda la corriente que proviene del sistema de alimentación y debe ser aislado en todas sus partes por la diferencia entre el voltaje total y tierra. El filtro shunt puede ser "aterrizado" y lleva sólo la corriente armónica a la que fue sintonizado más la corriente fundamental, que es mucho menor que la que circula por el circuito principal Por esta razón, el filtros shunt es mucho más barato que uno serie de igual efectividad.

·         Los filtros series, aunque pueden evitar la entrada de armónicas a cierta parte de la red, no pueden impedir el paso de armónicas a la fuente de alimentación, porque la producción de armónicas por componentes contaminantes de la planta (como convertidores estáticos), son inherentes al funcionamiento de estos equipos.

·                     Finalmente, los filtros shunt tienen otra ventaja frente a los filtros series; y es que para frecuencia fundamental, los primeros proporcionan potencia reactiva al sistema, mientras los segundos consumen potencia reactiva.

Estas condiciones hacen del filtro tipo shunt, el único utilizado en los sistemas industriales en el lado AC de los convertidores estáticos.

1.- Filtros Shunt Pasivos

Las configuraciones de filtros más utilizados corresponden a "Filtros Sintonizados Simples" y los "Pasa Altos". Existe una gran variedad de configuraciones de filtros, pero persiguen las mismas características del módulo de la impedancia versus frecuencia, que los dos tipos de filtros ya mencionados; por lo que se analizarán en detalle sólo estos.

1.1.- Filtro Sintonizado Simple

El filtro sintonizado simple es utilizado para eliminar una armónica determinada; éste es uno de los más simples y consiste en un banco de condensadores conectado en serie con un inductor. La configuración de este filtro y su característica de impedancia se muestran en la figura siguiente.

Figura Nº 76: Filtro Sintonizado Simple

La impedancia de la configuración del filtro sintonizado simple mostrada es:

ecuación 1

Este filtro se sintoniza a la frecuencia de la armónica que se desea eliminar, lo que significa que para esta frecuencia, las reactancias de la inductancia y del condensador se hacen iguales y por lo tanto se anulan, entonces la impedancia que presentará el filtro para esta frecuencia es mínima (valor igual a la resistencia), y absorberá la mayor parte de la corriente armónica contaminante.

El factor de calidad del filtro, es el que determina la filosidad de la característica de impedancia, y hace que ésta sea más o menos estrecha o abrupta.

Ventajas

·                     Proporciona una máxima atenuación para una armónica individual.

·                     A frecuencia fundamental puede proporcionar la potencia reactiva requerida en la red.

·                     Tiene bajas pérdidas, las cuales están asociadas a la resistencia del inductor y la resistencia del filtro.

Desventajas

·                     Vulnerable a la desintonía debido a tolerancias de elementos con la temperatura y/o variaciones de frecuencia fundamental .

·                     Interactúan con la red originando una resonancia paralela al igual que un banco de condensadores.

1.2.- Filtro Pasa Altos

El filtro pasa altos de uso más frecuente, dentro de los filtros de característica amortiguada, es el de segundo orden. Estos son utilizados para eliminar un amplio rango de frecuencias, y se emplean cuando las armónicas no tienen frecuencia fija, lo que sucede comúnmente en los cicloconversores. La configuración de este filtro se muestra en la siguiente figura.

Figura Nº 77: Filtro Pasa Altos

La impedancia de este filtro viene dada por:



ecuación 2

  Este filtro, al igual que el sintonizado simple, se sintoniza a alguna frecuencia específica; pero debido a que posee una característica amortiguada producto de la resistencia en paralelo con la inductancia, presenta una baja impedancia para la frecuencia de sintonía y superiores a ésta. En otras palabras, absorbe corrientes armónicas -si existen- de frecuencias desde la de sintonía en adelante. Para frecuencias menores a la sintonía, el filtro presenta impedancias altas. El factor de calidad de este filtro es bajo (0.5-5), y al igual que el sintonizado simple, controla la característica de la impedancia.

Ventajas

·         Atenúan un amplio espectro de armónicas de acuerdo a la elección del valor de la resistencia, sin la necesidad de subdivisión en ramas paralelas.

·         Es muy robusto frente a desintonías comparado con el filtro sintonizado simple.


Desventajas

·                     Origina una frecuencia de resonancia paralela al interactuar con la red.

·                     Las pérdidas en la resistencia y en el inductor son generalmente altas.

·                     Para alcanzar un nivel similar de filtrado (de una armónica específica), que el sintonizado simple, el filtro pasa altos necesita ser diseñado para una mayor potencia reactiva.

Rectificador de 12p a partir de dos Rectificadores de 6p

        Un rectificador de 12 pulsos consiste en la conexión de dos rectificadores de 6 pulsos alimentados mediante un transformador con dos secundarios o a través de dos transformadores (Figura Nº5). En ambos casos, la conexión de la alimentación del rectificador debe ser uno en "estrella" y el otro en "delta". Esto produce un desfase de 30º en los voltajes de alimentación. La importancia de ésta modificación se traduce en que se inyectan corrientes armónicas 5ª y 7ª de signo contrario. Por lo tanto, con un grado equivalente de carga en ambos rectificadores, se puede producir una cancelación completa de éstas armónicas (las más importantes). Disminuyendo de esta forma, los niveles de distorsión armónica de voltaje en las barras de alta tensión.

Figura Nº 78: Rec. de 12 pulsos a partir de dos rec. de 6 pulsos

     NOTA

b) y c) se consideran rectificadores de 12 pulsos desde el punto de vista de las corrientes armónicas que éstos inyectan a la red (h=11, 13, 17, 19, 21...).

Ref.[9]

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