Fallas Instalaciones Electricas

φ DHS

ELECTRICIDAD

INGENIEROS Relatores

AVANZADA y

GESTIÓN TECNICA

WWW.DHSING.CL

TEXTO DE ESTUDIO versión 2010

FALLAS en las INSTALACIONES ELÉCTRICAS por CALIDAD de la ENERGÍA El

uso cada vez más

de equipos y maquinas

computacionales, sistemas de iluminación, TV, variadores de velocidad motores, control de potencia y en general todo consumo no lineal, degrada inevitablemente la Calidad de la Energía Eléctrica provocando condiciones inseguras, aumento de costos y fallas intempestivas de difícil detección en las instalaciones eléctricas que afectan la productividad y la competitividad de la Empresa moderna. Problema que sin duda, aumentará aún más en los próximos años.

DANIEL HENRIQUEZ SANTANA

FALLAS EN INSTALACIONES ELECTRICAS POR CALIDAD DE LA ENERGIA

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FALLAS EN INSTALACIONES ELÉCTRICAS por CALIDAD de la ENERGÍA ***************

AUTOR : Daniel Víctor Henríquez Santana, Ingeniero en Electricidad de la Universidad de Santiago de Chile. Diplomado en Evaluación de Proyectos de Inversión en la U. de Chile Facultad de Economía. Licencia SEC clase A. Relator externo de la UNIVERSIDAD DE CHILE Cenet en Electricidad avanzada, gestión de proyectos y administración de Servicios Técnicos. Contacto: www.dhsing.cl , [email protected] 083524371. DERECHO DE AUTOR Derecho de Propiedad Intelectual Nº 168.591 vigente desde el 17/1/2008. Ley Chilena sobre Propiedad Intelectual Nº 17.336. Se prohíbe la reproducción total o parcial de éste texto de estudio para fines comerciales. Como así mismo, su tratamiento informático, o la transmisión de ninguna forma o por cualquier medio, ya sea electrónico, mecánico, por fotocopias, por registros u otros métodos, sin la autorización expresa en forma escrita por el autor . El autor autoriza en forma escrita la reproducción por fotocopia u otro medio de éste texto de estudio a UNIVERSIDAD DE CHILE IDIEM – CENTRO TECNICO INDURA – SOCAPSA DISTRIBUIDORA ELECTRICA OSORNO, durante la vigencia de los convenios de capacitación entre ésta Institución y el autor. Otros Textos de Estudio del Autor

DISEÑO, PRESUPUESTO Y PROGRAMACIÓN DE PROYECTO ELÉCTRICO

EVALUACIÓN, PLANIFICACIÓN Y SEGUIMENTOS DE PROYECTOS

usando EXCEL y MS-PROJECT

ORGANIZACIÓN, MANEJO Y VENTAS PARA SERVICIO TECNICO DANIEL VICTOR HENRÍQUEZ SANTANA Ing. Electricidad y Evaluación de Proyectos – relator U. de Chile Cenet

DE

DE PROYECTOS Y NEGOCIOS GUIA PRACTICA PARA EL PROFESIONAL Y LA EMPRESA

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Proximamente consulte por otros libros a publicar : 1. “ Norma Eléctrica NCH4-2003 “ Presentación en Power Point 2. “ Estudio y Diseño de Malla a Tierra BT y MT “ 3. “ Evaluación de costos Tarifas Eléctricas BT-AT “

10 Casos resueltos


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INTRODUCCIÓN

Prevenir, detectar y resolver las fallas en instalaciones eléctricas de baja tensión a causa de la calidad de la energía eléctrica es imprescindible para el desarrollo, productividad y crecimiento sostenido de un país. Solo a modo de referencia , la situación a alcanzado una magnitud tal que los países europeos , norteamericanos y otros han propuestos Normas ( IEEE 519-1992 y la IEC-555 ) de cumplimiento obligatorio que permitan una sana integración de todo el ambiente eléctrico, incluida no solamente a nivel del consumo eléctrico, sino que también la generación, distribución de la energía y la fabricación de equipos eléctricos capaz de no contaminar la energía en las instalaciones eléctricas. Se estima que los países industrializados y de fuertes actividades comerciales, entre el 60% y 80% de la potencia eléctrica la consumen alguna clase de equipo electrónico no lineal. El impacto de la cargas no lineales con su generación armónica contaminante es serio. En países como Suiza la contaminación armónica subió de 3,9% a 5,1% entre 1991 a 2001 en sus sistemas eléctricos de baja tensión. En la actualidad esta tendencia es mucho mayor y va a seguir en aumento sostenido, dado que los equipos de comportamiento no lineal conectados a las redes eléctricas aumentaran con la tecnología y el desarrollo necesario del país. Al respecto en Chile a través de la Norma SEC 4/2003 se recomiendan precauciones en los alimentadores de la Instalación Eléctrica ( según 7.2.1.2. c ), como así mismo, el conocimiento del Decreto 327 que señala los limites admisibles acerca de la calidad de la energía eléctrica. La creciente popularidad y el uso en el trabajo cada vez mayor de equipos electrónicos informáticas de oficina, fluorescentes, controladores de motores y en general todo tipo de control electrónico de consumos en el que predomina un comportamiento eléctrico no-lineal alimentados a través de las instalaciones eléctricas de consumo de baja tensión, son la principal causa contribuyente a la mala calidad de la energía eléctrica. La consecuencia son preocupante ya que los efectos más nocivos se pueden resumir en funcionamiento erráticos y cortes intempestivo de equipos y máquinas de trabajo e interrumpiendo la PRODUCTIVIDAD y RENTABILIDAD de actividad laboral del país. Esto debido a la operación inestable de tableros eléctricos, contaminación con frecuencias armónicas, sobrecalentamiento de conductores, excesiva corriente por el neutro, fallas de aislamiento, perdidas de energía, etc. Por lo anterior, este Texto de Estudio tiene por objetivo servir de información de consulta a profesionales del ámbito eléctrico, mantención y actividades similares. Identificar y solucionar las fallas típicas de una instalación eléctrica a causa de la mala calidad de la energía por cargas no lineales y generación de distorsión armónicas y otros fenómeno eléctricos. Elaborar informes técnico-económico que permita tomar las acciones preventivas y/o correctivas en los problemas en la instalación eléctrica. Evitar fallas intempestivas y/o permanentes a causa de la calidad de la energía en el funcionamiento de las instalaciones eléctricas que afectan la seguridad de los usuarios, el trabajo y la productividad de la industria, comercio y usuarios finales. Tema importante también para el Personal Técnico de Empresas que comercializan equipos y sistemas ( informáticas, médicos, climatización, industriales, etc ) debido a que la instalación de estos, deben hacerse muchas veces en redes eléctricas de clientes con altos niveles de contaminación provocando un aumento en la periocidad de las mantenciones preventivas y correctivas no consideradas con el consiguiente desventaja de costos adicionales y perdida de productividad.

El Autor


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INDICE DE MATERIA 1. CONCEPTOS Y NORMAS DE CALIDAD DE ENERGÍA ELÉCTRICA 1.1. Introducción ................................................................................................................................................................6 1.2. Contaminación armónica por cargas no‐lineal .............................................................................................................9 1.3. Los convertidores de frecuencia y la contaminación armónica...................................................................................14 1.4. Teoría de la serie de FOURIER...................................................................................................................................23 1.5. Distorsión armónica y forma de calculo.....................................................................................................................28 1.6. Espectro de frecuencia, amplitud y rangos.................................................................................................................28 1.7. Factor de cresta, valor promedio y RMS eficaz..........................................................................................................30 1.8. Factor de forma y conversiones tensión AC...............................................................................................................31 1.9. Factor de Potencia y desplazamiento FDP..................................................................................................................32 1.10. Factor K para trafos, potencia activa, aparente y reactiva........................................................................................35 1.11.DECRETO 327 Chile Calidad de la Energía Eléctrica....................................................................................................36 1.11.1. Frecuencia, amplitud y variación de tensión............................................................................................36 1.11.2. Fluctuación e interrupción de tensión..................................................................................................... 38 1.11.3. Parpadeo severo iluminación, efecto FLICKER..........................................................................................39 1.11.4. Sobretensiones temporales y transitorias................................................................................................42 1.11.5. Desequilibrio de tensión y distorsión armónica.......................................................................................44 1.11.6. Principales fuentes contaminadoras de armónicas..................................................................................47 1.11.7. Tensiones inter‐armónicas y otras señales...............................................................................................47 1.12. Revisión Norma Internacional IEEE‐512, IEC‐522 y EN‐50160...................................................................................50

2. FALLAS Y MEDICIONES CON ANALIZADOR 2.1. Fallas causadas por la Calidad de la Energía...............................................................................................................53 2.2. Sobrecarga Conductor Neutro……………………………………………………………………………………………………………………….…………61 2.3. Mediciones básicas de un Analizador Monofásico.....................................................................................................72 2.4. Mediciones básicas...................................................................................................................................................72 2.4.1. Tensión , corriente y frecuencia 2.4.2. Continuidad, resistencia, capacidad y semiconductores 2.5. Mediciones de circuitos de enchufes.........................................................................................................................75 2.5.1. Voltaje o corriente transitorio 2.5.2. Fluctuación de voltaje 2.5.3. Armónicos de tensión y corriente 2.6. Mediciones de transformadores de alimentación.....................................................................................................78 2.6.1. Cargas de transformadores 2.6.2. Determinación de FACTOR K de transformadores 2.7. Mediciones de circuitos de alumbrado.....................................................................................................................80 2.7.1. Armónicos de corriente 2.7.2. Medidas de potencia 2.7.3. Sobrecarga de corriente 2.8. Mediciones de circuitos de fuerza............................................................................................................................82 2.8.1. Desequilibrio de tensión en motores 2.8.2. Corriente y desequilibrio 2.8.3. Potencia trifásica y corriente peak 2.8.4. Factor de potencia trifásico 2.8.5. Armónicos de tensión 2.8.6. Variadores de velocidad 2.8.7. Componente fundamental 2.8.8. Frecuencia de la corriente

3. TIPOS Y OPERACIÓN DE FILTROS ARMÓNICOS 3.1. Introducción al filtro................................................................................................................................................91 3.2. Fundamentos básicos de resonancia........................................................................................................................93 3.3. Función de circuitos filtros resonantes.....................................................................................................................97 3.4. Ancho de Banda y factor Q.......................................................................................................................................97 3.5. Filtros Pasivos………………………………………………………………………………………..………………………………………………….………….99 3.5.1. Filtro Shunt ………………………………………………………..………………………………………………………………………………….…….99 3.5.2. Filtro Amortiguador…………………………………………………………………………………………………………………………….………101 3.6. La Resonancia en redes Eléctricas………………………………………………………………………………………..……………………….………103 3.7. La Inductancia antiarmonica………………………………………………………….……………………………………..……………………….……..113 3.8. Métodos para reducir los armónicos.......................................................................................................................114 3.8.1. Reactor de línea.....................................................................................................................................115


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3.8.2. Filtro tipo serie pasivo................................................................................................................................118 3.8.3. Filtro tipo shunt pasivo...............................................................................................................................119 3.8.4. Filtro pasa bajo y banda ancha....................................................................................................................119 3.8.5. Filtros compensación activa y otros............................................................................................................120 3.8. 6. Filtros hibridos………………………………………………………………………………………………….………….………………….……122 3.8.7. Soluciones …………………………………………………………………………….……………………………….………………………..…….125 3.8.8. Convertidores Limpios y Compensadores Activos, Usos………….……………………………….……………………………..129 3.8.9. Topología Eléctrica de Filtros Hibridos……………………………………….…………………………………………….…….……….143

4. ANALISIS DE FALLAS EN REDES ELECTRICAS Y SOLUCIONES 4.1. Instalación. Eléctrica típica.........................................................................................................................................148 4.2. Análisis de casos........................................................................................................................................................149 4.2.1. Detección de transientes..................................................................................................................................149 4.2.2. Detección de armónicos…………………………………………………………………………………………………….…………..…………….150 4.2.3. Fallas en circuitos de alumbrado y parpadeo.....................................................................................................153 4.2.4. Tablero Eléctroc de Alumbrado………………………………………………………………………………………..…………….…………….156 4.2.5. Tableros de enchufes…………………………………………………………………………………………………………..………..……………..157 4.2.6. Bloqueos y reinicio de equipos informáticas.....................................................................................................158 4.2.7. Tablero eléctrico con alta carga no lineal..........................................................................................................161 4.2.8. Sobrecalentamiento de transformadores.........................................................................................................163 4.2.9. Fallas en motores de inducción........... ............................................................................................................166 4.2.10. Problemas de variadores a cargas lineales ....................................................................................................169 4.2.11. Fallas motores convertidores PWM...............................................................................................................172 4.2.12. Fallas en reguladores de velocidad……………………………………………………………………………..…………………………..…172 4.2.13. Motores de inducción quemado…….………………………………………………………………………..………………………………..173 4.2.14. Disparo de diferenciales por armónicos..........................................................................................................174 4.2.15. Evaluación de Calidad Empalme200KW..........................................................................................................177 4.3. Analisis y Soluciones Filtros armonicos comerciales...................................................................................................149

5. EVALUACIÓN DE INVERSIÓN EN EQUIPOS Y FILTROS ARMONICOS 5.1. Conceptos y formulación de evaluación de proyectos eléctricos................................................................................210 5.2. Evaluación Instalación eléctrica con fallas..................................................................................................................211 5.3. Inversión y evaluación Instalación eléctrica sin fallas.................................................................................................212 5.4. Inversión y financiamiento de solución......................................................................................................................213 5.5. Evaluación costo‐beneficio y resultados.....................................................................................................................213

6. ELABORACIÓN ESTUDIO TÉCNICO – ECONÓMICO 6.1. Objetivo de un informe técnico.................................................................................................................................214 6.2. Análisis previo e inspección visual.............................................................................................................................214 6.3. Parámetros a medir...................................................................................................................................................215 6.4. Metodología a seguir.................................................................................................................................................216 6.5. Presentación de resultados........................................................................................................................................217 6.6. Identificación de problemas y alternativas de soluciones...........................................................................................217 6.7. Cronograma de acción Gantt ( Project )......................................................................................................................218 6.8. BIBLIOGRAFIA............................................................................................................................................................219

CD ROM

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contenidos FALLAIN-01 TEXTO ESTUDIO – FALLAS EN REDES ELECTRICAS- PERTURBACIONES EN LA RED – TEORIA DE ARMONICOSDESPLAZAMIENTO FACTOR POTENCIA – NORMAS EN50160/IEC/D327 – ANALIZADOR MONOF 43B – ANALIZADOR TRIF 430BINSTRUMENTOS ANÁLISIS RED ELECTRICA .

LAB 1 : Analizador de Datos PC – Simulador fenómenos eléctricos LAB 2 : FALLAS F1. Detección de transientes –F2. Detección de armónicos – F3. Circuitos de Alumbrado – F4. Tablero de Alumbrado – F5. Tableros de Enchufes – F6. Bloqueos y Reseteos Computación – F7. Tablero con alta carga No Lineal – F8. Sobrecalentamiento Trafos Distribución – F9. Motores de Inducción – F10. Cargas Lineales por Variadores de Frecuencia – F11. Motores Convertidores PWM – F12. Variadores de Velocidad Motor – F13. Motores de Inducción quemado. ---- Evaluador de Inversión Eléctrica. – HARMCALC.


1. CONCEPTOS Y NORMAS ENERGIA ELECTRICA

DE

CALIDAD

6 DE LA

1.1. INTRODUCCIÓN Como sabemos, la electricidad es por su versatilidad de transformación una de las energías de más amplio y diversificado uso en nuestra sociedad. La tecnología que hemos desarrollado necesita para su adecuado trabajo, de una fuente de suministro continua, estable y pura, cualidades que lamentablemente son carencia de nuestras redes actuales de suministro. Una anomalía en una red de alimentación, puede provocar desde molestias por la mala calidad de la energía, hasta serios daños a las instalaciones y equipos asociados debido a su amplitud y tiempo de permanencia. La calidad del producto energía como la seguridad en su utilización, son de suma importancia para la eficiencia de nuestros aparatos y sistemas, como la calidad y seguridad de los mismos. El estudio de las anomalías posibles de presentarse en una red, debe ser de gran preocupación de parte de los proyectistas, instaladores y mantenedores, producto que estas se relacionan con las características de selección de los dispositivos de protección eléctrica. Durante su funcionamiento, toda red eléctrica puede presentar dos estados operativos, el normal y el anormal. El primero se presenta cuando las variables características de la red, se encuentran dentro de los márgenes preestablecidos, mientras que la segunda, se presenta cuando uno o más parámetros eléctricos se encuentran sobre o por debajo de los valores preestablecidos. Un sistema eléctrico de baja tensión desde la óptica de la fuente de suministro se considera operando en forma normal, siempre y cuando las variaciones u holguras del voltaje nominal en el punto de conexión de ella con la carga (excluyendo períodos con interrupciones de suministro), se encuentre en un rango estadístico aceptable . Otro parámetro eléctrico que identifica la operación normal de una red de alimentación, es la frecuencia, la que debe presentar en general, un valor entre los 49,8 Hz y los 50,2 Hz, considerando una fundamental de 50 ciclos por segundo. La amplitud de la corriente eléctrica puede también considerarse como variable de estudio, entre las condiciones normales y anormales de operación de un sistema eléctrico de alimentación. No existe un valor fijo por razones evidentes, pero su magnitud debe ser estar relacionada con la capacidad de conducción de las líneas como con las características de disparo de los dispositivos de operación, corte y protección contra sobrecorrientes. CARACTERÍSTICAS OPERATIVAS DE LAS INSTALACIONES ELECTRICAS Las instalaciones eléctricas deben ser capaces de suministrar en forma adecuada, la energía suficiente para que los equipos conectados a ella puedan funcionar conforme a sus parámetros nominales. Según esto, es deseable que los sistemas operen siempre en forma ideal, situación que en la práctica no es posible de cumplir durante todo el tiempo. Un sistema eléctrico de alimentación puede presentar durante su uso, diferentes comportamientos, clasificándolos estos en dos grandes grupos; los estados normales y anormales de operación.


1.

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ESTADO NORMAL DE OPERACIÓN

Un sistema eléctrico de alimentación se considera operando en forma normal cuando sus parámetros eléctricos característicos se encuentran dentro de los limites establecidos por la reglamentación correspondiente, y las exigencias de los fabricantes de los equipos conectados a la red. punto de conexión de la barra de distribución.

En la figura , para el caso de la fuente de suministro, esta se considera operando en forma normal para la baja tensión, cuando el valor característico del voltaje presenta una variación de amplitud de ± 7,5% durante le 95% del tiempo y la frecuencia esta comprendida entre 49,8 y 50,2 Hz, para una fundamental de 50HZ. En las líneas, su caída de tensión máxima no debe ser superior al 3% del valor nominal del voltaje, siempre y cuando en el punto más desfavorable esta no exceda del 5%.


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2. ESTADO ANORMAL DE OPERACIÓN El estado anormal de operación se considera al momento en donde el sistema eléctrico no es capaz de entregar los parámetros característicos dentro de los límites considerados normales, y la calidad de la señal no es la adecuada para el correcto funcionamiento de los equipos conectados.

PERTURBACIONES EN LA RED Las perturbaciones, son anormalidades de los sistemas eléctricos que no provocan daños, siempre y cuando su amplitud y/o duración, corresponda a valor tolerable tanto por el sistema como por los equipos asociados a este. En las actuales redes eléctricas podemos encontrar perturbaciones de características transitorias y permanentes. Transitoria : En las primeras, la señal de alimentación sufre una fuerte elevación de su amplitud, o bien, una drástica disminución durante un mínimo tiempo. Perturbaciones permanentes en cambio, se caracterizan por estar siempre presentes en la red, pero con una amplitud demasiado baja como para afectar directamente a la instalación. Si bien es cierto, se pueden diferenciar a las perturbaciones transitorias de las permanentes, la clasificación dada a este fenómeno no obedece principalmente a este concepto, si no que se debe fundamentalmente a la forma en como es afectada la señal que transporta la red. PERTURBACIONES EN LA RED ELÉCTRICA •

•

FLUCTUACIÓN DE VOLTAJE - PARPADEO DEL VOLTAJE - TRANSITORIO DE CORRIENTE INTERRUPCION DE VOLTAJE - DISTORSION DE ARMONICAS

FALLAS TIPICAS EN INSTALACIONES ELECTRICAS BT POR FENÓMENOS ELÉCTRICOS QUE AFECTAN A LA CALIDAD DE LA ENERGIA

FENÓMENOS

CAUSAS

TRANSIENTES

Rayos, conexión de banco de condensadores, partidas de motores, etc.

• •

Quema de sistemas electrónicos Reseteos de equipos

DIPS

Cortocircuito, conexión de cargas de alta potencia, fallas cercanas. En general demandas de altas corrientes.

•

Problemas de operación y accionamiento en motores con convertidores estáticos. Reseteos de equipos electrónicos.

Cortocircuitos monofásicos, desconexión de cargas de alta potencia. Fallas cercanas.

•

Fallas a nivel de generación eléctrica o grupo generador. Cortes en las líneas de Tx y/o alimentadores. Fallas en subestaciones. Etc.

• •

SWELLS

OUTAGES

DESBALANCE

Operación

de

fusibles

EFECTO ( Fallas )

y

•

•

Afecta el aislamiento de equipos. Problemas en circuitos electrónicos. Aislamiento de conductores por temperatura. Cortes en equipos sensibles. Reseteos equipos informáticos y otros.


FRECUENCIA

FLICKER

NOTCHES

protecciones en tablero. Exceso de carga monofásica en líneas.

•

Generalmente, por fallas en las generadoras eléctricas por velocidad de rotación.

•

Provocadas por cargas que consumen mucha potencia ( demandan alta corriente ), como alumbrado, consumo común en trafos MT de alumbrado y fuerza. Soldadoras y hornos de arco, etc.

•

Debido a la acción rectificadores trifásicos.

•

de

•

•

•

•

ARMONICOS

Provocadas por cargas no lineales. Toda carga que utiliza semiconductores en su funcionamiento.

• • • • •

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Generación de secuencia negativas que afectan a motores. Generación de triplens que traen problemas de neutro a tierra protección. Problemas de operación en cargas como motores y similares. Perdida de reloj y sincronismo en sistemas que utilizan la frecuencia de red 50Hz como referencia. Se manifiesta a través del parpadeo de la iluminación incandescente, luminarias. Destrucción y mal funcionamiento de artefactos eléctricos.

Problemas en circuitos de sincronización en equipos de potencia. Adelantamiento de la hora en equipos digitales ( ascensores, etc ) Calentamiento de conductores Disparo falso de protecciones Problemas en motores, Problemas en neutro, Reseteo de equipos en general.

1.2. CONTAMINACIÓN ARMONICA POR CARGAS NO LINEAL En general, todos las equipos que no contengan elementos semiconductores (cargas lineales), tienen una respuesta de corriente con forma de onda igual a la respectiva señal de excitación de voltaje; esto significa que la corriente es proporcional al valor instantáneo de la tensión, y está en fase o desfasada dependiendo de si la carga es resistiva, inductiva, capacitiva o combinación de estas. En síntesis, si la tensión es sinusoidal también lo será la corriente. Una carga con características no lineales, posee elementos semiconductores que produce que la corriente de ellas, no sea proporcional al valor instantáneo de la tensión de la red. Estas cargas absorben corriente en impulsos bruscos en lugar de hacerlo con suavidad, tal como es el caso de las cargas de características lineales. Dichos impulsos crean una onda de corriente distorsionada que contiene los denominados armónicos de corriente.


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Un armónico determinado, es una perturbación superpuesta a la onda fundamental que también es una onda sinusoidal, pero de distinta frecuencia de pulsación y con valores de amplitud menores a esta. En nuestras redes eléctricas, el periodo (T) de la señal es de 20 (ms).

Los armónicos tienen la propiedad de que su periodo de pulsación es siempre menor al de la fundamental, y además, se repite un número entero de veces dentro de dicho periodo (menor periodo = mayor frecuencia). Según el número de veces que el armónico "quepa" dentro del periodo fundamental, así se denominará el armónico.


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En una red eléctrica pueden coexistir un número infinito de estos armónicos, todos superpuestos, dando como resultado de sus acciones una onda periódica no sinusoidal que denominamos distorsión armónica.

Cada uno de los armónicos tiene un nombre que lo caracteriza ( segundo, tercer, cuarto, etc.). una frecuencia ( 100hz, 150hz, 200hz, .. ) y una secuencia de giro (positiva, negativa o cero ). En los sistemas de corriente alterna en estado normal, la forma de onda de la señal presenta características simétricas , es decir , la amplitud del semiciclo positivo es igual a su semiciclo negativo; esto implica que en la señal no exista la denominada componente continua . ( el valor promedio de la señal es igual a cero ). EL PROBLEMA DE LAS ARMÓNICAS EN SISTEMAS ELÉCTRICOS Y SUS EFECTOS Un sistema eléctrico ideal debe proporcionar un voltaje con las siguientes características : 1. Amplitud constante 2. Forma de onda sinusoidal 3. Frecuencia constante 4. Simetría en el caso de red trifásica Bajo estas condiciones, las máquinas y equipos eléctricos conectados a este sistema no debieran presentar un comportamiento anormal y deberían funcionar tal como se espera en su diseño. Sin embargo, un sistema eléctrico real no cumple con las características ideales mencionadas anteriormente. En la práctica, las redes eléctricas presentan una serie de alteraciones o perturbaciones que alteran a la calidad del servicio, dentro de las cuales destacan: • •

Variaciones de frecuencia Variaciones de la amplitud del voltaje (flicker)


• • •

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Sobretensiones Asimetrías entre las fases Deformaciones en voltajes y corrientes => Armónicas

El origen del problema está en la presencia de cargas no lineales dentro del sistema eléctrico. Estas cargas no lineales provocan la circulación de corrientes no sinusoidales, que pueden ser consideradas como la superposición de corrientes de diferente frecuencia . Las corrientes de diferente frecuencia provocan caídas de voltaje de frecuencia distinta de 50 Hz, en la reactancia de corto circuito X. Esto origina, en definitiva, que el voltaje en la barra (VB) se distorsiona afectando a los otros consumidores y a la misma carga no lineal. Dentro de las cargas no lineales, destacan como generadores de armónicas los convertidores estáticos y los hornos de arco. Lamentablemente, las armónicas producen efectos negativos en los equipos y en los sistemas eléctricos y electrónicos, empeorando su operación.

IMPORTANCIA DEL PROBLEMA DE LAS ARMÓNICAS En las últimas décadas, las empresas eléctricas y los usuarios se han visto enfrentados a la necesidad de optimizar sus procesos para mejorar la eficiencia en el uso de la energía eléctrica. El aumento en la eficiencia se ha conseguido mediante la incorporación masiva de Convertidores Estáticos, para controlar y transformar la energía eléctrica. Los convertidores estáticos han sido en gran medida responsables de los grandes avances en la automatización de los procesos industriales. Sin embargo, estos equipos se caracterizan porque demandan corrientes no sinusoidales de la red, originando distorsiones en las tensiones y corrientes. En la actualidad, se observa que el uso industrial de los convertidores estáticos sigue aumentando y con ello incrementan los problemas asociados a las corrientes no sinusoidales. Esta es la razón de porqué se ha producido un gran interés en el problema de las armónicas en redes eléctricas.

IMPORTANCIA DEL PROBLEMA DESDE UN PUNTO DE VISTA TÉCNICO Desde el punto de vista técnico, las armónicas producen una serie de efectos negativos, los que pueden ser resumidos en : • • •

AUMENTO DE PÉRDIDAS EN REDES Y EN EQUIPOS ELÉCTRICOS DISMINUCIÓN DE LA VIDA ÚTIL DE LOS EQUIPOS PÉRDIDA DE CALIDAD Y DE CONFIABILIDAD DE LA INSTALACION ELÉCTRICA

IMPORTANCIA DEL PROBLEMA DESDE UN PUNTO DE VISTA ADMINISTRATIVO, COMERCIAL Y LEGAL La experiencia ha demostrado que son los aspectos no técnicos los que más impulsan a las empresas a preocuparse del problema de las armónicas. Bajo aspectos no técnicos se entiende los ADMINISTRATIVOS, COMERCIALES y LEGALES.

OBJETIVOS GENERALES DE UN ESTUDIO DE ARMÓNICAS El procedimiento específico para estudiar un problema de armónicas, dependerá de los objetivos del estudio. Los objetivos más usuales considerados en este tipo de estudio, son : - Evaluar el grado de contaminación armónica existente en una red. - Evaluar el impacto que tendrá sobre el sistema la introducción de una nueva carga

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