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Estudio de efectos y métodos de minimización de distorciones armónicas en equipos de distribución eléctrica, comercial e industrial

Abstract:

Desde algunas décadas se ha dado un uso más eficiente de la energía eléctrica y se han logrado aumentos considerables en la productividad de los procesos industriales, gracias al incremento de la tecnología y el uso de cargas no lineales en los sistemas eléctricos. Esta situación ha provocado una problemática, las distorsiones de corriente y voltaje generadas por los propios equipos electrónicos la cual perturban la operación normal de estos mismos. En este trabajo de investigación, se presenta uno de los problemas de distorsiones que en la actualidad es una problemática, ya que, altera la forma de onda sinusoidal original y perturban el buen funcionamiento de los mismos equipos, las Distorsiones Armónicas. Además hemos investigado los temas principales de armónicos, como por ejemplo: en qué consiste un armónico, tipos de armónicos, características y teoría de los mismos, y dentro de los más frecuentes mencionaremos los efectos causados por mismos y las consecuencia que estos traen consigo al momento de producirse. También hablamos de lo que son los efectos de las armónicas en un sistema de distribución eléctrica tienen influencia sobre las pérdidas, operación y en el desempeño del sistema. A menos de que las armónicas sean controladas hasta límites aceptables, los equipos de potencia y especialmente los equipos electrónicos pueden ser dañados, dando como resultado costosos cambios de equipos. El grado de tolerancia a armónicas se determina por la susceptibilidad de la carga o fuente de poder a las mismas, el equipo con mayor tolerancia a armónicas es el equipo cuya función principal es calentar, como el caso de un horno, en este caso la energía de las armónicas es utilizada en la mayoría de los casos, y por lo tanto es tolerable en su totalidad. El equipo con menor tolerancia a armónicas es el equipo cuyo diseño o construcción requiere una fuente de alimentación con una señal sinusoidal fundamental casi perfecta, este tipo de equipo se encuentra frecuentemente en equipos de comunicación y procesamiento de datos. La tolerancia de los motores cae en medio de los extremos antes mencionados, la mayoría de motores son relativamente tolerantes a armónicas. Aún en el caso del equipo con mayor tolerancia a armónicas, éstas pueden ser altamente perjudiciales. Por ejemplo en el caso de un horno éstas pueden causar sobrecargas dieléctricas térmicas o sobre voltaje, que reduce la vida útil del aislamiento eléctrico de sus componentes. Los efectos de las armónicas se deben tanto a corrientes como a voltajes, los efectos producidos por corrientes armónicas son comúnmente vistos en el desempeño cotidiano de los equipos, mientras que los efectos de voltajes armónicos son responsables generalmente de degradar los aislamientos eléctricos y por lo tanto, disminuir la vida útil de los equipos. Las fuentes de distorsiones armónicas, las armónicas son producidas por la operación de cargas no lineales, las cargas no lineales comunes incluyen los arrancadores de motores, los convertidores de velocidad variable, los ordenadores y otros dispositivos electrónicos, la iluminación electrónica, las alimentaciones para soldadura y las fuentes de alimentación ininterrumpida, además es posible que las pantallas electrónicas y la iluminación experimenten fluctuaciones, que se disparen los interruptores, que fallen los ordenadores y que las mediciones arrojen valores falsos. Existen distintos equipos utilizados para atenuar los efectos de las distorsiones armónicas, los primeros a estudiar son los llamados reactores de línea, los segundos equipos a estudiar son los filtros de armónicas pasivos y activos, dispositivos utilizados para mitigar la distorsión armónica presente en instalaciones comerciales e industriales. Además existen métodos de diseño y dimensionamiento de la instalación eléctrica para sobre llevar tales efectos, las soluciones a dicho problema se realizan en forma jerarquizada; primero en forma particular, resolviendo el problema de inyección de armónicos por parte del usuario al sistema (diseñando y ubicando filtros en el lado de baja tensión, usando el transformador como barrera); y segundo, resolviendo el problema en forma global, buscando reducir las pérdidas y mantener los niveles armónicos por debajo de los límites permitidos, en este caso, se trata de un problema de optimización donde se determina la ubicación de los compensadores (condensadores, filtros pasivos, filtros activos). Por tal motivo se llevó a cabo un estudio sobre las fuentes generadoras de armónicas y sus efectos en diferentes cargas eléctricas presentes comúnmente en instalaciones comerciales e industriales, Además se estudiaron los estándares que proporcionan las guías para limitar las distorsiones armónicas, en específico el estándar IEEE 519-1992, Así como también los equipos disponibles comercialmente para minimizarlas. Se finalizo con el estudio tipo industrial en las instalaciones de SENEFELDER C.A., evaluando en primera instancia las características del equipo y la metodología para realizar las mediciones, seguidamente del aprendizaje práctico para realizarlas en campo. Las mediciones mostraron una presencia esporádica de picos de armónicos individuales que sumados para sacar el THD total este estaba dentro de la norma.