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Figura 1—Cargas lineales y no linealesy el PCC
Impedancia de línea eIEEE 519Cómo afecta laimpedancia de línea a losesfuerzos para cumplircon los límites armónicosde la norma IEEE 519.Calculadora dearmónicosNueva calculadora enlínea ofrece análisisarmónico simple paradistintos tipos detransmisiones.
Tecnología AHD™
Tecnología de mitigaciónactiva de armónicosintegral en latransmisión ayuda a lossistemas a cumplir con lanorma IEEE 519.
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Oil & Gas Automation
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Franksville, Wisconsin EE. UU.
53126-0505
262.886.5678
262.504.7396 fax
Influencia de la impedancia de línea para cumplir
con los límites armónicos de la norma IEEE 519
por Bill Hammel vicepresidente/ingeniería
El estándar de la industria en cuanto a calidad de energía, IEEE 519
(“Prácticas recomendadas y requisitos para el control de armónicos en
sistemas de energía eléctrica”), describe los límites de distorsión de corriente
que corresponden al punto de acople común (PCC) con la interfaz de servicio
público del consumido.
La intención de los límites de
distorsión de corriente de la
norma IEEE es en definitiva
limitar la distorsión de voltaje a
niveles que generalmente eviten
la interferencia con el equipo
eléctrico circundante. La
distorsión de voltaje armónico
será en función de la corriente
armónica total inyectada y la
impedancia del sistema en el
PCC. Por lo tanto, los sistemas
más rígidos, de menor impedancia, pueden adecuarse a límites de distorsión
de corriente relativamente más altos.
La rigidez eléctrica de un sistema se expresa como la relación (RSC) de la
corriente de corto circuito (ISC) disponible en el PCC a la corriente de carga
fundamental de demanda máxima (IL), calculada como promedio de la
demanda máxima en intervalos de 15 minutos en los 12 meses precedentes.
RSC = ISC/IL
unicous.com
Copyright © 2010Unico, Inc.Todos los derechos reservados.
Todas las designacionescomerciales se brindan sinreferencia a los derechos desus propietarios respectivos.
El estándar IEEE ajusta los límites con respecto a esta relación de tal modo
que reconozca que las cargas de bajos kW, conectadas a sistemas con
capacidades mucho más altas de kVA, tienen un efecto proporcionalmente
menor en el sistema y, por lo tanto, se les permite un límite de distorsión
mayor.
La cantidad de corriente armónica producida por cargas no lineales, tales
como transmisiones de velocidad ajustable con entradas de rectificador,
también se ve afectada por la rigidez del sistema eléctrico. La transmisión
produce niveles más altos de corriente armónica al aumentar la rigidez del
sistema, y se producen niveles más bajos con sistemas de impedancia más
alta y más suave. Este efecto puede ser bastante drástico para
transmisiones sin filtro—aquellas que tienen capacitancia de enlace CC
significativa directamente conectada con el puente rectificador de
entrada. Este efecto también es evidente, aunque menos drástico, en
corriente armónica producida por transmisiones filtradas—aquellas que
utilizan ya sea inductores de enlace de CC u otras técnicas para lograr una
onda relativamente baja de corriente de enlace de CC.
Figura 2—Comparación de transmisiones no filtradas (1 y 2) yfiltradas (3 y 4)
Los límites para distorsión armónica de corriente se describen con respecto
a la distorsión de demanda total (TDD), la cual expresa la distorsión de
corriente armónica total como porcentaje de IL.
La Figura 3 a continuación ilustra gráficamente cómo varían los límites de
TDD recomendados por la norma IEEE 519 en función de RSC. También se
incluyen los niveles de TDD típicos producidos por transmisiones que utilizan
rectificadores filtrados de entrada de 6, 12, 18 ó 24 pulsos bajo el supuesto
de que IL. comprende totalmente esa carga de transmisión.
Figura 3—Límites de la norma IEEE 519 y distorsión armónica de diversasconfiguraciones de transmisión en función de relación de corto circuito
Para los supuestos datos, la configuración de 6 pulsos siempre excede los
límites de la norma IEEE mientras que la configuración de 12 pulsos a veces
la excede. Estas configuraciones requieren esfuerzo adicional o más
supuestos con el fin de satisfacer el límite.
El esfuerzo adicional puede lograrse al incluir un reactor entre la transmisión
y el PCC. Esta impedancia adicional reduce la TDD inyectada por la
transmisión sin afectar el RSC del sistema y, por lo tanto, sin afectar el
límite de TDD correspondiente. La Figura 4 muestra el efecto de incluir
reactores de 3%, 5% y 10% en configuraciones de 6 y 12 pulsos.
Figura 4—Distorsión armónica de transmisiones de 6 y 12 pulsos condiversos reactores
Aunque la Figura 4 muestra cómo puede ayudar incluir un reactor a que las
configuraciones de 12 pulsos satisfagan los límites de la norma IEEE,
también ilustra que la configuración de 6 pulsos sigue siendo difícil a pesar
de incluir un reactor. Aunque las configuraciones de 18 y 24 pulsos cumplen
más directamente con los límites de la norma IEEE, existe esperanza en otra
forma para configuraciones tanto de 6 como de 12 pulsos cuando se aplican
condiciones adicionales.
Pueden cumplirse los límites más fácilmente cuando la carga de transmisión
representa solamente una fracción (RDD) de la carga total, IL, y la parte
restante de la carga total se compone ya sea de cargas lineales o no lineales
cuyo aporte armónico sea insignificante."
RDD = ID/IL
La Figura 5 ilustra los resultados de una configuración de 6 pulsos que
incluye un reactor de 5% donde la carga de transmisión es de 10%, 20%,
50% y 100% de IL, mientras se supone que la parte restante de la carga
aporta una distorsión armónica insignificante.
Figura 5—Efecto de RDD variable en la transmisión de 6 pulsos con un
reactor
Una configuración de 6 pulsos, que incluya un reactor de 5%, puede
satisfacer los límites de la norma IEEE siempre y cuando la carga de
transmisión sea una fracción suficientemente pequeña de la carga total.
Debe efectuarse una nota de precaución referente a agregar reactores. Dado
que al agregar impedancia de reactor se reduce la TDD, uno podría
preguntarse—¿por qué no agregar simplemente lo suficiente para lograr
cualquier objetivo de TDD deseado? Una penalización compensatoria es que
a medida que aumenta la impedancia progresivamente, disminuyen
progresivamente a su vez el factor de energía y el voltaje de salida
disponible. Aunque a menudo es aceptable la penalidad asociada con
agregar una impedancia de reactor de 5% o incluso 10%, la penalidad de
mayores aumentos podría empezar a contrarrestar el beneficio de TDD.
La discusión anterior se ha destinado a brindar cierta perspectiva a la
influencia de la impedancia de línea para efectos de cumplir con los límites
de distorsión de corriente de la norma IEEE. La impedancia afecta tanto el
límite como el nivel de distorsión inyectada. Las figuras de más arriba
brindan una reseña de las diversas configuraciones de transmisión y las
condiciones bajo las cuales pueden cumplir el límite de la norma IEEE. Si
necesita mayor asistencia para comprender la impedancia de línea y asuntos
relacionados con armónicos, póngase en contacto con nosotros.
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Calculadora de armónicos ahora en línea
Una nueva
Calculadora de
armónicos en
líneaproporciona una
análisis simplificado
de armónicos para
diversas
configuraciones de
transmisiones de
velocidad variable.
La calculadora
determina la distorsión armónica de la transmisión y permite a los usuarios
ver rápidamente si la transmisión cumple con las recomendaciones de
distorsión armónica de la norma IEEE 519. La calculadora puede encontrarse
en http://www.unicous.com/oilgas/harmonicscalc.php.
Para usar la calculadora, el usuario debe introducir la relación de corto
circuito de suministro, relación de demanda de transmisión e impedancia del
reactor de transmisión. La relación de corto circuito es una medida de la
rigidez de la línea y es la relación de la corriente de corto circuito a la
capacidad nominal de la línea. Cuanto mayor sea la carga o más débil sea el
sistema, más grande será el impacto de los armónicos en el servicio público
asociado con una relación de corto circuito más baja. La relación de
demanda de transmisión es el porcentaje de la carga total en el suministro
que representa la carga de transmisión. Cuanto mayor sea una transmisión
con respecto a la capacidad de la línea, mayor será el impacto que tendrán
sus armónicos. La última entrada es la impedancia del reactor de línea, si se
utiliza. La calculadora muestra la impedancia de suministro efectiva
resultante y la impedancia efectiva total.
La tabla de resultados muestra la distorsión de corriente calculada para
configuraciones de transmisión de 6, 12, 18 y 24 pulsos. La distorsión se
calcula para armónicos individuales así como para distorsión armónica total.
Se muestran armónicos individuales impares hasta el armónico 49, aunque
los cálculos de distorsión total incorporan aportes hasta el armónico 97.
La norma IEEE 519
El Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (Institute of
Electrical and Electronic Engineers, IEEE) ha creado una norma para
minimizar los problemas asociados con equipo no lineal como
sistemas de transmisión que generan corrientes armónicas. Las
recomendaciones de la norma IEEE 519 especifican los niveles
máximos aceptables de componentes armónicos y distorsión
armónica total (THD) en función de la rigidez de la fuente de
energía, la cual se indica mediante la relación de corto circuito
(RSC). La pauta expresa límites para armónicos de corriente y
distorsión como porcentajes de corriente de carga, la cual se define
como corriente promedio de la demanda máxima, medida a
intervalos de 15 minutos, para los 12 meses precedentes. La THD de
corriente calculada usando esa definición se denomina distorsión de
demanda total (TDD). La TDD abarca el hecho de que una corriente
pequeña puede tener una THD alta pero ser poco motivo de
preocupación, como una transmisión de velocidad ajustable que
funcione con cargas muy livianas. Todos los armónicos se evalúan
en el punto de acople común (PCC).
Límites de distorsión de corriente máximos de la
norma IEEE 519 (% de IL)
Orden de armónico individual (armónico impar)
(Los armónicos pares se limitan al 25% de los valores
mostrados)
RSC (ISC/IL) h<11 11h<177 17h<238 23h<359 35h TDD
< 20 4.0 2.0 1.5 0.6 0.3 5.0
20 < 50 7.0 3.5 2.5 1.0 0.5 8.0
50 < 100 10.0 4.5 4.0 1.5 0.7 12.0
100 < 1,000 12.0 5.5 5.0 2.0 1.0 15.0
> 1,000 15.0 7.0 6.0 2.5 1.4 20.0
Los niveles aceptables de armónicos en función de rigidez de lafuente de energía (RSC), donde ISC es la corriente máxima de cortocircuito en el punto de acople común (PCC) e IL es la corriente decarga de demanda máxima (componente de frecuencia fundamental)en el PCC. De la norma IEEE 519-1992, “Prácticas recomendadaspara el control de armónicos en sistemas de energía eléctrica.”
Cuando se trata de satisfacer la norma IEEE 519, lo importante es el
impacto de la distorsión de corriente armónica en la distorsión de voltaje de
la línea de energía. La columna suministro refleja la parte de la distorsión
armónica de la transmisión que se inyecta de nuevo en la línea, la cual se
calcula usando la relación de demanda de la transmisión. Las
recomendaciones de la norma IEEE 519 especifican no sólo el nivel máximo
aceptable de distorsión de la demanda en función de la relación de corto
circuito, sino también los límites de distorsión individual basados en el orden
armónico. La calculadora destaca los armónicos individuales y de suministro
total que superan los límites de la norma IEEE 519 usando color rojo junto
con el límite correspondiente.
La Calculadora de armónicos es otra en una serie de herramientas en línea
para su conveniencia. Esperamos que la encuentre útil. Como siempre, sus
preguntas y comentarios serán bien acogidos y valorados.
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Función de transmisiones de velocidad variable auto-
mitigantes Tecnología mitigadora activa de armónicos
AHD™
Es un hecho inevitable que
todas las transmisiones
electrónicas crean distorsión
armónica. Los armónicos son
un efecto secundario
indeseable del proceso de
conversión de frecuencia. Sin
embargo, en vez de
simplemente contribuir a los
problemas de calidad de la
energía como la mayoría de
las transmisiones, las
transmisiones de la serie 1200
de Unico son parte de la solución, gracias a la tecnología mitigadora activa
de armónicos AHD™.
La tecnología AHD™ incorporada dentro de la transmisión mitiga
activamente los armónicos en su origen. La técnica de software patentado
exclusivo, con patente en trámite, funciona de la mano con el hardware de
la serie 1200, el cual usa película de metal en vez de condensadores
electrolíticos convencionales. La tecnología AHD™ aprovecha la capacitancia
de bus relativamente de esta topología para controlar precisamente el
voltaje de bus y minimizar las corrientes armónicas. Las corrientes
armónicas de entrada aparecen como fluctuaciones en el voltaje de bus que
son múltiplos de seis veces la frecuencia de la línea de energía. El control de
AHD™ detecta automáticamente y mitiga aquellas fluctuaciones para
minimizar la distorsión armónica.
La tecnología AHD™ ayuda a aumentar la utilización de energía, prolongar la
vida útil del equipo y mejorar la confiabilidad y productividad del sistema. Al
usarse en conjunto con otras soluciones de armónicos, la tecnología aporta
una vía económica para cumplir con las pautas de distorsión armónica de la
norma IEEE 519. Las transmisiones de la serie 1200 con control AHD™ son
una parte esencial de una cartera de soluciones de armónicos que incluye
reactores de línea, técnicas multifásicas (transmisiones de 12, 18 y 24
pulsos), filtros de armónicos, autotransformadores y configuraciones
híbridas. Al hacer la transmisión auto-mitigadora, el control integral AHD™
no sólo realza el rendimiento de cualquier otra técnica con la cual se
empareje, sino que también reduce el costo, la complejidad y el tamaño de
la solución armónica.
Resultados típicos de mitigación de armónicos AHD™
Método THD
Transmisión convencional Más de 100%
Control AHD™ con reactor de línea de CA de 3% Menos de 30%
Control AHD™ con filtro pasivo de armónicos Menos de 8%
Control AHD™ con transmisión de 12 pulsos y transformador de
aislamiento
Menos de 12%
Control AHD™ con transmisión de 18 pulsos y transformador de
aislamiento
Menos de 8%
Control AHD™ con transmisión de 24 pulsos y transformador de
aislamiento
Menos de 5%
Control AHD™ con transmisión de 12 pulsos y autotransformador Menos de 12%
Control AHD™ con transmisión de 18 pulsos y autotransformador Menos de 8%
Control AHD™ con transmisión de 24 pulsos y autotransformador Menos de 5%
Se ofrece un folleto que explica la tecnología AHD™ y compara diversas
estrategias de mitigación de armónicos en línea. Si tiene alguna pregunta
sobre la tecnología AHD™, contáctenos.
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