02/03/2011
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Ar móni cos y secci ón del neutr o
miér col es, 02 de mar zo de 2011
ARMÓNICOS Y SECCIÓN DEL NEUTRO NEUTRO En las instalaciones actuales donde casi todas o la gran mayoría son cargas no lineales, podemos encontrar corrient corr ient es de retorno ta les que l as intensidades en los neutros sean sean i gual es o, i ncluso, superiores superiores a las de la s fases. ¿Qué origina esta, podríamos decir, anomalía? Entre otros muchos factores difíciles de determinar (como fugas, diferenci as de resistencia resistencia entre l as fases fases,, de sequi li brios de éstas, éstas, etc.), po dríamos citar dos: - La existencia de cargas mono fás fásicas icas en lo s puntos de concentració n o d istr istribuci ibuci ón de cargas (cuadros (cuadros,, etc.). - Las cargas no lineales, que dan origen a la aparición de grandes tasas de distorsión armónica total (DAT) en armónicos como el 3º, 5º, 7º, etc.; sobretodo el 3º y múltiplos de éste, con importantes retornos por los neutros. Aunque en los proyectos se suele considerar el equilibrio de las cargas monofásicas, la realidad es otra, ya que nos encontramos con bastantes desequi desequi li brios en l as instala instala ciones reales. Los eleme ntos más frecuentes de las distors distorsione s armóni cas de un a i ns nstala tala ción suelen ser, entre otros: los rectificadores, los variadores y los equipos electrónicos en general, sin olvidarnos del alumbrado de descarga (sobretodo (s obretodo con bala stos electrónicos). Estas Estas altas di stors torsione ione s armónicas en las in stalaci ones suel suel en caus causar ar efectos negativos, como armónicos de corriente y calentamientos extras en equipos y cables. Además, crean caídas de tensión a sus res respectivas pectivas frecuencias armóni armóni cas cas,, distorsion distorsion ando la f orma de onda de l a ten sión , con las corres correspond pond iente s cons consecuencia ecuencia s en otros equipo s conectados en l a in stala ción. En cargas monofásicas ele ctrónicas (fase/neutro) (fase/neutro) los conducto conducto res neutros del sistema sistema forman p arte del circuito de corriente con una intensidad pulsante con amplio espectro armónico del 3º y sus múltiplos, así como algo del 5º y 7º. Mi entras que en l as bifásicas bifásicas (fase/fas (fase/fase) e) y trifásicas, trifásicas, el 5º, 7º, 11 º, 13º, etc. son son l os mas perjud icial es es,, no debiendo superar el 5% (s/IEEE) o 8 % (s/CEN) de la DAT y que ningún armónico individual supere 3% de la fundamental. ¿Pero qué sucede cuando se meten todos estos elementos en la coctelera, o sea, se pone en funcionamiento la instalación?. ins talación?. Es imposible determinarlo por falta de datos y/o y/o parámetros reales de funcionamiento. Ante esta tempestiva problemática, vemos que es muy difícil determinar, a priori, los valores y condiciones de los parámetros anómal os y/o los espectros espectros de las DAT's de las instalacio nes. En consecuencia, n o se puede determinar los resultados reales de las cargas hasta el final de la instalación y, por lo tanto, los valores de los retornos por los neutros.
Con esta panorámica, las soluciones son pocas al no conocer en profundidad las causas del problema. Por lo tanto, es importante cons considerar iderar l os sigu sigu iente s factores factores:: - Mayor consumo de energía debido a los altos valores de la corriente eficaz, que lógicamente pasará por el contador y habrá que pagar. Por lo tanto, este aspecto debe tenerse en consideración a la hora de evaluar cualquier solución que se quiera tomar sobre este problema. - Posible sobredimensionamiento del neutro para permitir los retornos. Aquí nos encontramos con el desconocimiento del valor de la corriente y, por lo tanto, sin datos para definir la sección de dicho conductor. Luego, cabe preguntarse ¿ qué sección de neutro debemos poner en estas líneas?. Para contestar a esta esta pregun ta es necesario necesario vol ver a anal izar otras caracterís características ticas de la instalación : - Sistema de distribución del neutro: IT, TT, TNC o TNS, pues, de alguna manera, afectará a dichos neutros y además el comportamiento o respuesta de la DAT no es la misma en cada caso Protección Protec ción del neutro con interruptores interruptores omnipola res res.. Lógicamente, l a protección protección del neutro, al igua l que la de las fases, fases, deberá estar estar en fun ción d e la sección d e lo s conductores, por lo tanto , si si i ns nstala tala mos neutros de l a misma sección, sección, la p rotección estará en esa misma relaci ón y si vamos a secciones secciones mayores, mayores, la protección deberá ser adecuada a la nueva sección. Pero aquí nos encontramos con el problema de que los interruptores magnetotérmicos sólo admiten protección en el neutro, como máximo, igual a la de las fases, por lo tanto, la sección del neutro de los cables, con este tipo de protección, no puede ser superior a la de aquellas. Se pueden buscar otras protecciones independientes, aunque no sean tan técnicas y se se compli que l a i ns nstalación, talación, al requer requerir ir una p rotec rotección ción y corte independi ente coordinada con la de las fases.
Como consecuencia de todo ello, se impone una limitación de los retornos por los neutros, de forma que, instalando ins talando cabl es con con ig ual sección de ne utro que de fas fases es,, garantice la integridad de la i ns nstalación; talación; pero ¿qué solu ciones existen para li mita r dichos retornos?. retornos?.
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Armónicos y sección del neutro Como ya se ha indicado anteriormente, la solución mas usual es que en la fase de puesta en marcha o, mejor aún, una vez puesta la instalación en funcionamiento, se realicen las medidas oportunas y, a l a vista de los resultados, se opte por la solución más conveniente. En el supue sto más probabl e de obtene r unas DAT's altas o ele vadas y de que l os sistemas a instalar corrij an el problem a ag uas arriba de los puntos de su in stala ción, se pod rá optar, entre ot ras, por dos posibles solu ciones: - Instala r transformadores especial es con primari os en triángu lo y secundario s en zig-zag (fil tros de secuencia cero) en la s acometida s de los cuadros secundario s y/o de pla ntas. - Instalar filtros activos en las acometidas o embarrados de los puntos de concentración parcial de cargas (cuadros secundarios y/o de plantas). Los transformadores con secundarios en zig-zag son ap tos para hacer frente a los armóni cos tripl es (3º, 9 º, 15º , etc.) y los problemas asociad os a ello s (elevada corriente en los neutros, di storsión de te nsión, etc). En caso de predominio del 5º y 7º armónico (circuitos de alimentación a PC's, SAI´s, variadores, etc.), una conexión especial de estos transformado res (doble secundario desfasados 30º) sería una buena alte rnativa. Especia l a tención se de berá ten er con l a construcción de estos transformado res (específicos para esta función ), así como con l as puestas a tie rra de l os diferentes sistemas de di stribució n, pu es estos transformad ores establecerán sistemas independientes con posibles influencias entre los mismos, con la posibilidad de necesitar instalar una vía de chispas, por cada sistema de distribución, en la red de puesta a tierra. Los filtros activos van intercalados en paralelo entre la red y la carga y, en principio, son aptos para todos los casos, pue s su funci onam ien to consiste en la reinyección de corriente s armóni cas opuestas a l as de l a red, anulando éstas a partir del punto de su instalación. Además, puede programarse para corregir un armónico determinado o compensar la DAT del circuito o d e la línea que alim enta las cargas originarias de dicha distorsión , con val ores adecua dos a lo especifica do po r las normativas.
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