Es conocido que cuando un equipo de compensación de potencia reactiva se instala en redes en las que parte de la carga está constituida por equipos generadores de armónicos, se pueden formar lazos resonantes en varias regiones de la línea que, al generar tensiones y corrientes armónicas, pueden dañar tanto a los condensadores como a la instalación eléctrica.
Las corrientes armónicas generadas por los dispositivos perturbadores pueden ser peligrosamente amplificadas por la presencia de baterías de condensadores.
En general, un sistema eléctrico de potencia se comporta básicamente como un circuito RLC. Por lo tanto, su característica de respuesta en frecuencia presenta puntos de resonancia, esto es, frecuencias para las cuales la impedancia del sistema, visto de cualquier barra, toma un valor máximo (resonancia paralelo)
Si el sistema alimenta una carga no lineal, surgirán corrientes armónicas de frecuencias múltiplos de la frecuencia fundamental del sistema. La presencia de corrientes armónicas junto con las posibilidades de resonancia del sistema, puede originar valores apreciables de tensiones armónicas superpuestas a la tensión fundamental del sistema, resultando una tensión en barras totalmente distorsionada.
En particular, al incorporar una batería de condensadores de compensación de potencia reactiva con equipos generadores de armónicos, debe tenerse en cuenta que aunque los condensadores son cargas lineales, y por lo tanto no crean armónicos por sí mismos, pueden contribuir a producir una amplificación importante de los armónicos existentes.
Al respecto hay que considerar que la impedancia de un condensador se reduce cuando crece la frecuencia, presentando así un camino de baja impedancia para las corrientes de las armónicas superiores. Por su parte, los condensadores de corrección del factor de potencia forman un circuito paralelo con el transformador. Así las corrientes armónicas generadas por los elementos no lineales se dividen entre las dos ramas de este circuito paralelo, dependiendo de la impedancia presentada por el circuito para cada armónico.
De esta manera, la corriente eficaz que pasa a través del condensador y por la red de distribución puede ser mucho mayor que la generada por el equipo no lineal si la frecuencia de un armónico característico de la carga no lineal con amplitud importante, fuera próximo a la frecuencia de resonancia del circuito paralelo, dada por la siguiente fórmula:
Siendo f1 la frecuencia de red, Sk la potencia de cortocircuito y Qc la
potencia reactiva de la batería de condensadores.
Esto puede provocar sobreintensidades muy perjudiciales para los condensadores.
En el peor de los casos, cuando la
frecuencia de alguna corriente armónica coincide, o está próxima, con la
frecuencia de resonancia del circuito paralelo (fr), la corriente que circula
por cada rama de la batería puede llegar a ser tan grande que los condensadores
se degraden aceleradamente, o eventualmente exploten. Asimismo, estas
corrientes armónicas también producen sobretensiones que se suman a la tensión
total aplicada al condensador y pueden dañar sus dieléctricos.
Cuando la reactancia inductiva y capacitíva se igualan a una de
las frecuencias de las corrientes armónicas (típicamente 5, 7, 11 y 13 o
próximas a ellas) entran en resonancia paralelo pudiendo alcanzarse amplitudes
de hasta 16 veces el valor de la armónica inicial. Esto crea fatiga
dieléctrica, térmica y mecánica y estropea los dispositivos de protección de
otros equipos del sistema. Además estas corrientes armónicas disminuyen
notablemente el factor de potencia de la instalación y no sería válida la
compensación simplemente añadiendo condensadores.
Ver "Hoja de cálculo de frecuencias de resonancia en baterías de condensadores" en el siguiente link.
Las soluciones a estos problemas en los
condensadores han sido muy divulgadas por la literatura técnica específica e
incluso por las normas en vigor a las que me voy a referir en el siguiente
comentario:
Dividiremos el problema en dos, redes contaminadas con THDU < 6% y las que superan este umbral:
• Redes contaminadas, THDU > 1,5 % < 6 %.
Cuando la compensación de la energía reactiva
implica una posible amplificación de los armónicos presentes en la instalación
la solución son los equipos SAH (baterías con filtros de rechazo, sintonizados
a 215 Hz). Los equipos SAH son conjuntos L- C sintonizados a una frecuencia de
resonancia serie de 215 Hz, y provocan el desplazamiento de la frecuencia de
resonancia paralelo fuera del espectro armónico evitando de esta manera la
amplificación. Si el THDU es superior al 5% e inferior al 6% es necesaria la
utilización de equipos SAH reforzados (incremento de corriente Imáx que puede
circular por la inductancia).
• Redes contaminadas, THDU > 6 %.
Para las redes con THDU superior al 6 % se hace
necesaria la utilización de filtros pasivos de rechazo (filtros sintonizados) que pueden ir acompañados de filtros
activos, parta reducir el THDU a valores inferiores a un 3-2 %.
A lo mencionado anteriormente, hay que tener en
cuenta lo que dice la Norma UNE EN 61642 en su apartado 3 sub-apartado 3.3 lo siguiente:
“... no se pueden añadir reactancias en serie con
los condensadores existentes para hacer un filtro desintonizado...”
“... no se deberá asociar a un equipo de
compensación del factor de potencia que tenga una reactancia serie, con un equipo que no la lleve...”
Se puede decir que los condensadores ya instalados en
una instalación que no estén debidamente dimensionados en tensión, como mínimo en un 10% sobre la tensión de red, no pueden ser utilizados para añadirles inductancias antiarmónicas
(convertirlos en filtros); y que en aquellas instalaciones donde haya presencia armónica y se
desee compensar la energía reactiva no deberán instalarse baterías de condensadores
con inductancias antiarmónicas conjuntamente con baterías sin inductancias
antiarmónicas.
POST RELACIONADO:
POST RELACIONADO:
No hay comentarios:
Publicar un comentario