Los armónicos son componentes de frecuencia que generalmente son más altos que la frecuencia fundamental de la red (50 o 60 Hz), que se suman a la corriente fundamental, haciendo que la forma de onda de la tensión del sistema se distorsione y reduzca su factor de potencia. Las corrientes armónicas que fluyen en un sistema eléctrico pueden producir varios efectos no deseados, como distorsiones de tensión en los puntos de interconexión con otras cargas, sobrecalentamiento de los cables, etc. La distorsión total de una forma de onda puede ser determinada por medio de la Distorsión Armónica Total (THD).
Todas las cargas no lineales producen corrientes armónicas que son inyectadas en el sistema de energía, porque la corriente tiene forma no sinusoidal.
Ejemplos de cargas no lineales:
- Lámparas fluorescentes.
- Fuentes de alimentación conmutadas.
- Hornos de arco eléctrico.
- Rectificadores.
- Inversores de frecuencia.
Ejemplos de Cargas Lineales:
- Motores.
- Calentadores de espacio.
- Transformadores (después del encendido).
- Bombillas incandescentes.
Efectos negativos:
- Corrientes adicionales que no producen trabajo y por lo tanto causan pérdidas y reducen el factor de potencia, lo que conlleva un aumento de los costes de electricidad.
- Calentamiento excesivo de componentes (motores, condensadores, transformadores).
- Aumento de la corriente total, limitando futuras ampliaciones del sistema eléctrico.
- Aumento de la temperatura en cables y equipos de conmutación.
- Funcionamiento anormal en los equipos de protección y control.
- Distorsión en la tensión de alimentación.
- Interferencias electromagnéticas.
- Vibraciones y ruido acústico.
- Quemaduras de reactores y lámparas de descarga.
IEEE 519
Es una recomendación reconocida mundialmente y utilizada por la industria para el monitoreo e interpretación adecuada de los fenómenos que causan problemas de calidad de la energía. Vale la pena notar que la IEEE 519 se refiere a los sistemas de distribución y no a los dispositivos individuales.
Cómo minimizar los armónicos y cumplir con la norma IEEE 519
Una vez que se ha identificado el nivel de armónicos a través de la simulación o la medición, existen numerosas formas de minimizarlos para mantenerlos dentro de los límites aceptables, ya que no es económicamente viable o posible eliminar todos los armónicos. La recomendación del IEEE 519 es mantener el THD (V) ≤5% en el PCC (punto de acoplamiento común), y en muchas aplicaciones este límite se adopta como único requisito. Por lo tanto, en muchos casos, el simple hecho de utilizar inversores con un rectificador de 6 pulsos y una reactancia de entrada o un inductor de enlace de CC es suficiente para cumplir con las recomendaciones de distorsión de tensión máxima de la IEEE 519.
Opciones para mitigar los armónicos en el sistema en aplicaciones de inversores:
- Uso de inversores con inductor de enlace de CC (inversores de frecuencia WEG: CFW11, CFW700 y CFW500 a partir del bastidor F).
- Utilización de la reactancia de red en inversores que no tienen inductores de enlace de CC (inversores de frecuencia WEG: CFW500, CFW300, CFW100 y MW500).
- Aumento del número de cargas lineales en relación con las cargas no lineales.
- Separación de los sistemas de alimentación para cargas lineales y no lineales, por lo que tienen diferentes límites de tensión THD (5% y 10%).
- Uso de un rectificador con un mayor número de pulsos, alimentándolo a través de un transformador con múltiples secundarios.
- Uso de filtros activos para sistemas con múltiples inversores.
- Uso de filtros de armónicos pasivos.
- Uso de accionamientos con rectificador activo en la entrada - AFE (regenerativo).
Aplicación de estas soluciones en sus aplicaciones de plantas de tratamiento de aguas
Las soluciones que nuestros ingenieros encuentran en las plantas de energía y en las de tratamiento de aguas, desaladoras y depuradoras principalmente, suelen ser muy similares y aprovechamos este conocimiento y retroalimentación para afinar las soluciones que dan las Ingenierías.
La separación de los sistemas de alimentación para cargas lineales y no lineales o el uso de un rectificador con un mayor número de pulsos, alimentándolo a través de un transformador con múltiples secundarios, son algunos de los elementos que aplicamos en el rediseño de las arquitecturas eléctricas cuando buscamos en menor THD y por tanto mejor eficiencia en la operación de las plantas en el aspecto eléctrico.
En cuanto a las arquitecturas utilizadas, con la solución WEG con filtro pasivo logramos valores <5% con la línea estándar de filtros para casi todas potencias, y en algunos casos (potencias mayores), logramos valores <5% utilizando una línea “high performance”.
Muchos de los casos de éxitos para soluciones de THDi <5% que logramos son con soluciones DFE + HF (Accionamiento CA en 6 Pulsos + filtro pasivo de armónicos). Pero en cualquier caso, si las especificaciones lo exigen obligatoriamente, WEG también pude ofrecer una arquitectura Active Front End (AFE) como solución.
