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PRACTICA 1: Análisis de Armónicos en la Red Eléctrica (THD)
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Resumen—Con el presente informe se analizan los armónicos y las distorsiones que se presentan en la red eléctrica al momento de usar tres diferentes tipos de focos, (un incandescente, un ahorrador de calidad y una de mala calidad) utilizando utilizando los diferentes diferentes aparatos de medidas que tenemos a disposición, ademas del software matlab que permite la comprobación simulada obteniendo el THD de las diferentes medidas tomadas en laboratorio.
—Armónicos icos , Corrien Corriente, te, frecue frecuencia ncia,, Voltaje oltaje , Index Terms—Armón THD, porcentajes.
I. INTRODUCC INTRODUCCIÓN IÓN Al ser los armóni armónicos cos uno de los princi principal pales es fenóme fenómenos nos que afectan la calidad de la potencia en las redes eléctricas, provocando distorsiones en las señales senoidales de tensión y corriente debido a que se usan cargas con impedancias no lineales, o equipos forzados a operar en condiciones de funcionamiento diferentes a las normalizadas. Creándose de esta manera con la aparición de armónicos problemas como perdidas de potencia activa, errores de medición, mal funcionamiento de protecciones entre otros. Por lo cual se analiza los armónicos a través de esta practica, el comportamiento de las señales de corriente y voltaje aplicando los diferentes tipos de focos a la frecuencia de 60Hz de nuestra red eléctrica.
Figura Figura 1. Formas Formas de onda de los diferentes diferentes grados grados de armónico armónicoss
Para definir este concepto es importante definir primero la calidad de la onda de tensión la cual debe tener amplitud y frecuencia constantes al igual que una forma sinusoidal. La Figura 2 representa la forma de la onda sin contenido de armónicos, con una frecuencia constante de 60Hz y una amplitud constante de 1pu
II. MARCO MARCO TEÓRICO TEÓRICO II-A.
Armónicos:
En sistemas eléctricos de corriente alterna los armónicos son, igual que en acústica, frecuencias múltiplos de la frecuencia fundamental de trabajo del sistema y cuya amplitud va decreciendo conforme aumenta el múltiplo. En el caso de sistemas alimentados por la red de 50 Hz, pueden aparecer armónicos de 100, 150, 200, etc Hz. Los componentes armónicos se definen (según la Comisión Electro técnica Internacional (IEC 60050)) como un componente de orden superior a 1 de la serie de Fourier de una cantidad periódica. Cuando se habla de los armónicos en las instalaciones de energía, son los armónicos de corriente los más preocupantes, puesto que son corrientes que generan efectos negativos. Es habitual trabajar únicamente con valores correspondientes a la distorsión armónica total (THD)
Figura Figura 2. Forma Forma de Onda Sin contenido contenido Armonic Armonicoo
Cuando una onda periódica no tiene esta forma sinusoidal se dice que tiene contenido armónico, lo cual puede alterar
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su valor pico y/o valor RMS causando alteraciones en el Norma de THD en corriente funcionamiento normal de los equipos que estén sometido a esta tensión. T HD V ≤ 15%..carga La frecuencia de la onda periódica se denomina frecuencia fundamental y los armónicos son señales cuya frecuencia es un múltiplo entero de esta frecuencia. La Figura 3 muestra una onda de tensión con un contenido II-C. Limites de Distorsión Armónica en Voltaje del 30 % del 5º armónico. Los límites permisibles de distorsión armónica en tensión, están determinados por el nivel de tensión nominal del sistema eléctrico bajo análisis, como se indica en la siguiente tabla 1.
Figura 3. Forma de Onda con contenido Armónico Cuadro I LIMITES DE D ISTORSIÓN A RMÓNICA EN VOLTAJE II-B.
Distorsión Armónica:
Los armónicos son distorsiones de las ondas senosoidales de tensión y/o corriente de los sistemas eléctricos, debido al uso de cargas con impedancia no lineal, a materiales ferromagnéticos, y en general al uso de equipos que necesiten II-D. Limites de Distorsión Armónica de Corriente realizar conmutaciones en su operación normal. La aparición En el caso de la distorsión armónica en corriente los límites de corrientes y/o tensiones armónicas en el sistema eléctrico están determinados por el tamaño relativo del sistema en cuescrea problemas tales como, el aumento de pérdidas de poten- tión contra el sistema del que se alimenta y se expresa como la cia activa, sobre tensiones en los condensadores, errores de relación entre la corriente de corto circuito (Isc) y la corriente medición, mal funcionamiento de protecciones, daño en los de demanda máxima (IL, a la frecuencia fundamental), los aislamientos, deterioro de dieléctricos, disminución de la vida límites se indican a continuación útil de los equipos, entre otros. Es la relación entre el contenido armónico de la señal y la primera armónica o fundamental. Su valor se ubica entre 0 % e infinito. Es el parámetro de medición de distorsión más conocido, por lo que es recomendable para medir la distorsión en parámetros individuales (I y V). II-B1.
Formulas para cáculo de Voltajes y THD:
V rms =
V rms21 + V rms22 + ....+V rms2n ...ec,1
T HD V =
T HD V =
V rms2 − V 12 ∗ 100%...ec,2 V 1
V 22 + V 32 + ..... + V n 2 ...ec,3 V 12
Norma de THD en voltaje T HD V ≤ 5%
Cuadro II L IMITES DE D ISTORSIÓN A RMÓNICA DE C ORRIENTE
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II-E.
IV. DESCRIPCIÓN DE LA PRACTICA
Equipos que producen Armónicos
Convertidores Electrónicos de Potencia: Equipos de Computación Control de Luminarias UPS Variadores Estáticos de Velocidad PLC´s Control de Motores Televisores Microondas Fax Fotocopiadoras Impresoras, etc. II-F.
La practica consta de obtener los diferentes armónicos de voltaje y corriente de la red eléctrica a 120V, usando tres tipos de focos, un incandescente, un ahorrador de calidad y un ahorrador de mala calidad. Visualizando en el osciloscopio con la ayudad de la sonda de corriente y voltaje, tomándose los datos respectivos de cada onda y poder comprobar el valor del THD con la ayuda del Software matemático Matlab.
IV-A.
Osciloscopio digital Sonda de corriente y voltaje Foco incandescente de 60W Foco ahorrador de calidad Silvania Foco ahorrador de mala calidad Lix Multímetro Bananas Sondas Fuente de alimentación alterna 120V Programa de osciloscopio
Métodos para reducir Armónicos
Filtros Pasivos Transformadores de aislamiento III. CÁLCULOS III-A.
Cálculos para Armónicos de Corriente
Para corriente se tienen dos tipos de cálculos, los de distorsión armónica individual y los de distorsión armónica total. El índice de distorsión armónica individual se define mediante la siguiente ecuación: Di =
Ii x100% In
Di: Distorsión armónica individual de corriente Ii: Corriente de cada armónico In: Corriente nominal del alimentador Los índices de distorsión armónica total se definen como: T HD I =
T HD I =
III-B.
1 IL
1 Id
(Ii )2 x100%
Materiales y Equipos utilizados
V. DESARROLLO DE LA PRACTICA V-A.
Gráficas realizadas en Simulink
Datos de la simulación Fuentes de voltaje 1 ac 170 V/60Hz Fuente de voltaje 2 ac 50V/ 300Hz Fuente de dc 100V Resistencia de 10 Ω Inductancia de 0.1 H
i=2
(Ii )2 x100%
i=2
Cálculos para Armónicos con Tensión
El índice de distorsión armónica individual de tensión se define mediante la siguiente ecuación: Dv =
Vi x100% Vn
Dv: Distorsión armónica individual de voltaje Iv: Tensón de cada armónico Vn: Tensión nominal del alimentador El índice de distorsión armónica total de tensión se define como: Figura 4. Diagrama de bloques con carga RL
T HD V =
1 V n
(V i)2 x100%
i=2
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Figura obtenida a través de uso del Osciloscopio su forma de Onda de Salida de Voltaje (amarillo) y Corriente(celeste) con una frecuencia de 60Hz con un voltaje Vrms de 126V y 860mA como se observa en la Figura 4 la onda tiene poca armonisidad. V-B1.
Ondas y la Transformada de Fourier (THD):
Armónicos en la Corriente
Figura 5. Armónicos del THD de corriente
Figura 8. Forma de onda de la Corriente Armonica
THD en la Corriente Figura 6. Armónicos del THD en el Voltaje de la carga
Los valores normales de THD para la corriente en la carga es del 15% V-B.
Datos de un Foco Incandescente
Figura 9. THD en Corriente Armónica
Figura 7. Forma de onda de voltaje y corriente
Armónicos en el Voltaje
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Figura 10. Forma de onda de la Corriente Armonica
Figura 12. Forma de onda de Corriente Armónica
THD en la Corriente Figura: Forma de Onda Voltaje Armónico
V-C.
Datos de un Foco Ahorrador de Calidad ( Silvania )
Figura obtenida a través de uso del Osciloscopio su forma de Onda de Salida de Voltaje y Corriente con una frecuencia de 60Hz con un voltaje Vrms de 126V y 270mA como se puede apreciar en la imagen Figura 7
Figura 13. THD en Corriente Armónica
Armónicos en el Voltaje
Figura 11. Forma de onda de voltaje(amarillo) y corriente(celeste)
como se puede observar la corriente comienza a variar por el motivo que tienen armónicos no lineales las cuales distorsionan la forma de onda a diferencia de los focos incandescentes pero por ser buenos no varían mucho. V-C1.
Ondas y la Transformada de Fourier (THD):
Armónicos en la Corriente
Figura 14. Forma de onda de Voltaje Armónico
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V-D.
Luminaria de un Foco Ahorrador Mala Calidad ( Lix)
Figura obtenida a través de uso del Osciloscopio su forma de Onda de Salida de Voltaje y Corriente con una frecuencia de 60Hz con un voltaje Vrms de 126V y 270mA como se puede apreciar en la imagen Figura 10.
Figura 17. THD en Corriente Armónica
Armónicos en el Voltaje
Figura 15. Forma de onda de Voltaje y Corriente
Como podemos ver el sistema de onda Obtenido varia un poco mas a diferencia de foco ahorrador bueno ya que si pueden existir mas focos malos que podriamos estudiar. V-D1.
Ondas y la Transformada de Fourier (THD):
Armónicos en la Corriente Figura 18. Forma de onda de Voltaje Armónico
Figura 16. Forma de onda de Corriente Armónica
THD en la Corriente
VI. CONCLUSIONES Con los datos de cada foco obtenido en la practica podemos concluir, que los armónicos producidos por cada foco dependen del material y componentes con que estén construidos ya que los focos incandescentes son construidos con filamentos Tungsteno permitiendo el paso directo de la corriente eléctrica por el filamento siendo esta una carga lineal, en cambio los focos ahorradores fluorescentes trabajan con gas, además tienen varios componentes como capacitores e inductores haciendo que la impedancia de carga sea no lineal, produciéndose de esta manera mayor distorsión en las ondas de corriente aumentando su valor de THD a diferencia de un foco incandescente. Por lo cual también se puede concluir que los focos incandescentes producen menor distorsión que un foco incandescente, ya que con los focos fluorescentes podemos ahorrar consumo de energía eléctrica por su bajo valor en vatios,
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pero a la ves estamos provocando una gran distorsión en la red eléctrica, produciendo un cambio de temperatura en los conductores, reduciendo su tiempo de vida. VII. REFERENCIAS R EFERENCIAS [1] Analisis %20experimental %20de %20funcionamientos.pdf [2] DISTORSIÓN ARMÓNICA EN LAS REDES ELECTRICAS [Online]. Disponible: http://dspace.ups.edu.ec/bitstream/123456 789/145/3/CAPITULO%20II.pdf. [3] Buscado de Google Pdf http://www.donsion.org/calidad/cc9/C9-9.pdf [4] IEEE - http://html.armonicosElectricidad.com/armonicos.html
