SOLUCIONES CALIDAD DE LA ENERGÍABAJA TENSIÓN

24 Soluciones Calidad de la Energía | Baja tensión

4. FILTROS DEARMÓNICOS

Familia FFB y FAB

25Soluciones Calidad de la Energía | Baja tensión

Los filtros pasivos de armónicos constituyen la forma más económica para el filtrado de las componentes armónicas en los sistemas eléctricos.

La proliferación de los dispositivos no lineales en los sistemas eléctricos, ha provocado que los niveles de distorsión armónica (THD en inglés) alcancen magnitudes considerables. Las componentes armónicas de la intensidad de corriente y la tensión provocan distorsión en la forma de onda, haciendo que éstas pierdan su forma senoidal.

Cuando las componentes armónicas de la corriente se propagan a través del sistema eléctrico, se originan efectos indeseados sobre las componentes que forman parte del sistema. Entre los efectos más comunes se encuentran: calentamiento anormal de conductores y equipo eléctrico, operación en falso o prematura de dispositivos de protección, lecturas incorrectas en equipo de medición, operación inadecuada de equipo electrónico, resonancia, sobrecarga y fallas en bancos de capacitores y distorsión armónica en la tensión.

Los filtros fijos se utilizan cuando la carga no cambia con el tiempo y se requiere siempre la misma cantidad de potencia reactiva para lograr un Factor de Potencia objetivo. Constan de capacitores, reactancias de rechazo e interruptor automático.

Los filtros automáticos son muy útiles cuando se tienen dispositivos no lineales cuya demanda de potencia cambia en el tiempo, sin que su contenido espectral se vea alterado (pueden variar la magnitud de las componentes armónicas, pero no su orden).

› Fig. 4.4 Ondas de tensión › Fig. 4.5 Ejemplo.

Volts Amps500

250

-500

-750

-250

0

500

250

-500

-750

-250

0

03:44:19.66003:44:19.66503:44:19.655

03:44:19.67003:44:19.675

03:44:19.680

CHC Volts CHC Amps

% of FND

175

150

125

100

75

50

25

0H20 H30

CHC Amps

H40 H50H10Thd

4. Filtros de Armónicos > Familia FFB y FAB

Soluciones Calidad de la Energía 26 | Baja tensión

› Fig. 4.6 Impedancia y reactancia vs. Frecuencia en el filtro

BENEFICIOS TÉCNICOS Y ECONÓMICOS

› Evitan la propagación de las componentes armónicas por todo el sistema eléctrico.

› Disminuyen sustancialmente los efectos colaterales que propician los armónicos sobre los equipos que forman parte del sistema eléctrico evitando su degradación prematura.

› Evita la degradación prematura de otros componentes del sistema eléctrico y la operación incorrecta de equipo sensible, provocados por la distorsión en la corriente y la tensión.

› Eliminación de penalizaciones por bajo factor de potencia.

› Instalados junto a las cargas pueden generar ahorros económicos.

› Disminuye las pérdidas en el sistema por efecto Joule (calentamiento).

› Mejor regulación de tensión.

› Liberación de capacidad en el sistema.

› Evita desgaste prematuro de los equipos por calentamiento excesivo provocado por la operación con baja tensión.

› Ajusta el factor de potencia en función de la variación de carga.

› Evita problemas por resonancia en condiciones de carga baja.

› Disminución de la distorsión total de la corriente al confinar las componentes armónicas a una parte del sistema.

› Al evitar la propagación de los armónicos de corriente por el sistema eléctrico se puede disminuir la distorsión de la tensión.

Están formados por grupos trifásicos de configuraciones inductivo–capacitivo (LC) conectados en serie. Este tipo de arreglo proporciona en forma simultánea la corrección del factor de potencia y el filtrado armónico. La reactancia inductiva tiene un valor muy bajo a frecuencia fundamental, y el arreglo LC observa un comportamiento de tipo capacitivo ya que éste es el elemento predominante a esta frecuencia. La impedancia del arreglo LC tiene un valor mínimo a la frecuencia de sintonía, y por encima de esta frecuencia predomina el comportamiento de tipo inductivo.

El comportamiento de tipo capacitivo del filtro a frecuencia fundamental permite la corrección del factor de potencia de los dispositivos no lineales. El filtro puede diseñarse para filtrar varias componentes armónicas con la misma unidad.

0 100 200 300 400 500 600 700

0

1

2

3

4

5

6

z [o

hm

s]

X [

oh

ms]

Z

XL

Xc

f [Hz]

4. Filtros de Armónicos > Familia FFB y FAB

27Soluciones Calidad de la Energía | Baja tensión

COMPONENTES

› Gabinete autosoportado.

› Interruptor termomagnético de caja moldeada.

› Circuito de control protegido con interruptor termomagnético dedicado:

› Bornas cortocircuitables para recibir las señales del transformador de intensidad exterior al banco.

› Bornas de tensión alimentadas por el transformador de tensión.

› Regulador de factor de potencia

› Fusibles limitadores de alta capacidad interruptiva por cada escalón.

› Contactores para cargas capacitivas para cada sección.

› Capacitores con resistencia individual, sensor de presión y dispositivo anti-explosión, 100% reciclable por no tener elementos encapsulados.

› Reactancias de núcleo de hierro con tecnología Polygap que garantiza la misma inductancia en los 3 devanados.

› Sistema de ventilación por convección forzada filtrada.

› Información técnica impresa y en formato digital.

Como puede observarse en la siguiente tabla la mayoría de los componentes ya descritos son válidos tanto para bancos automáticos como para filtros automáticos.

Por lo que a continuación haremos énfasis en la parte medular de un filtro de armónicos, que son las reactancias.

REACTANCIA DE RECHAZO

› Diseñada y ensamblada bajo la norma de calidad DIN 9001.

› Tolerancia en la inductancia de la reactancia es de ±3% del valor nominal especificado (garantiza una alta precisión en la sintonía del filtro).

› El material ferromagnético está diseñado para permitir una alta linealidad en su respuesta.

› Soporta una corriente fundamental hasta un 6% mayor a la componente fundamental de la corriente que circula por los capacitores, incluso de manera permanente.

› Diseñado para soportar la corriente térmica de las componentes armónicas 4ª, 5ª y 7ª más la componente fundamental de la corriente.

› Soportan corrientes de corto circuito de hasta 25 veces el valor de la corriente térmica de diseño.

› Tipo trifásico con núcleo de hierro.

› Diseñados para uso en interior.

› Los devanados se fabrican en cobre, o aluminio, en base a las normas VDE 0532 e IEC 76.

› El aislamiento es clase T50H, apto para temperatura ambiente hasta de 50° C.

› Son impregnados completamente, al vacío y a presión, con una resina de poliéster de temperatura clase H.

› Se someten a un proceso de secado en un horno a 150 °C de temperatura.

› Incluye un sensor de temperatura instalado en la bobina central. Al detectarse un aumento anormal de la temperatura en cualquiera de las reactancias, el sensor correspondiente manda una señal que dispara al interruptor general del filtro para protegerlo.

› Para aplicaciones en las que se tenga que mitigar o absorber algún armónico específico, Arteche puede ofrecer filtros sintonizados con el propósito de disminuir su presencia en el sistema. Generalmente los armónicos más comunes de absorción serán el 5º y/o 7º armónico.

› Aunque también pueden diseñarse filtros con diferentes sintonías con el propósito de absorber un alto porcentaje del espectro armónico presente en el sistema. Las reactancias serán también de núcleo de hierro, con la misma tecnología de fabricación que las reactancias para filtros de rechazo.

Componente Banco Filtro

Gabinete autosoportado X X

Interruptor termomagnético X X

Circuito de control X X

Regulador de FP X X

Fusibles limitadores X X

Contactores X X

Capacitores monofásicos X X

Reactancias de rechazo X

4. Filtros de Armónicos > Familia FFB y FAB

Soluciones Calidad de la Energía 28 | Baja tensión

Especificaciones estándar generales

Todos los filtros en baja tensión hechos por Arteche cuentan con las siguientes especificaciones estándar:

Fases 3

Frecuencia 50 Hz

Tensión de controlPor medio de transformador de control protegido con

interruptor termomagnético secundario

Circuito de controlCon tablillas terminales del tipo “conexión sin tornillos”

y tablilla cortocircuitable para el transformador de intensidad

Armario

Para uso interior (IP 21), en lámina en calibres 12 y 14, con acabado en pintura en polvo texturizada en color

beige RAL7032 en estructura, puertas y cubiertas. Los herrajes y las bandejas son de lámina galvanizada, cáncamos para su fácil manejo e instalación, puertas frontales con cerradura y llave, techo, las cubiertas

posteriores y laterales atornillables

Montaje del gabineteAutosoportado al suelo, con provisiones para anclaje y

zócalo integrado

CapacitoresDe polipropileno metalizado en zinc, para 80 °C

continuos de temperatura, bajo norma NEMA ANSI EIA-456 y aprobación UL e IEC

Montaje de gabinete Por medio de resistencias individuales

CapacitoresPor medio de dispositivo de sobrepresión para cada

capacitor, aprobado por UL e IEC

Descarga de capacitores En forma visual para cada capacitores

Protección de capacitores Interruptor termomagnético

Indicación de falla Por la parte superior o inferior

Protección general

Marca Beluk GmbH, hecho en Alemania, microprocesador, con medición integrada, puerto de

comunicación y software

DocumentosIncluye un CD con las instrucciones para su fácil

instalación y programación y manual escrito

Altitud máxima 3500 msnm

NormasNEMA ANSI EIA-456-A, IEC 831-1 y 2, NMX-J-203,

ANCE 1996, NEMA CP 1-2000

Aprobación UL CYWT.E227040

Mantenimiento 100% reparable en campo

NormasNEMA ANSI EIA-456-A, IEC 831-1 y 2, NMX-J-203,

ANCE 1996, NEMA CP 1-2000

Aprobación UL CYWT.E227040

Mantenimiento 100% reparable en campo

Especificaciones particulares

Tensiones240, 400,480, 550, 600, 830 y 1000 V

Capacidad en kVAr30 a 1200

Regulador de F.PMarca Beluk para 6 o 12

escalones

Secuencia de pasos1:1:1..., 1:2:2..., 1:2:3...,

1:2:4..., 1:2:4:8... ó automática

Protección de pasosCon fusibles de alta

capacidad interruptiva

Conexión de pasos

Contactores, aprobados por KEMA, para un

mínimo de 200.000 operaciones eléctricas, 165% veces su corriente

nominal en categoría AC-3

Especificaciones particulares para filtros fijos

Tensiones 220 – 830 VCA

Capacidad en kVAr25 a 400

4. Filtros de Armónicos > Familia FFB y FAB

Soluciones Calidad de la Energía 29| Baja tensión

IDENTIFICACIÓN DE EQUIPOS

FFB XXXX XXX IPXX XA

FFB 0150 400 IP21 5A

Armónica de Sintonía

Grado de Protección del Gabinete (IP)

Tensión Nominal de Operación

Potencia Reactiva (kVAr)

Filtro Fijo en Baja Tensión

Sintonizado a 5o Armónico

Gabinete IP21

400 V

50 kVAr

Filtro Fijo en Baja Tensión

Ejemplo

Filtros fijos (familia FFB)

Filtros automáticos (familia FAB)

FAB XXXX XXX XXP IPXX XA

FAB 0200 400 04P IP54 5A

Armónico de Sintonía

Grado de Protección del Gabinete (IP)

Número de Pasos (Escalones) Eléctricos

Tensión Nominal de Operación

Potencia Reactiva (kVAr)

Filtro Automático en Baja Tensión

Sintonizado a 5o Armónico

Gabinete IP54

4 Pasos (Escalones)

400 V

200 kVAr

Filtro Automático en Baja Tensión

Ejemplo

4. Filtros de Armónicos > Familia FFB y FAB

39Soluciones Calidad de la Energía | Baja tensión

COMPONENTES

Los Filtros de Onda Senoidal Tipo SWF de Arteche son fabricados con reactancias de precisión y capacitores de alto rendimiento. Están diseñados para refrigerarse por convección natural, por lo que solo requieren de una adecuada ventilación y pueden operar a temperatura ambiente de hasta 50° C. No requieren resistencias de amortiguamiento o ventiladores, y ofrecen alta eficiencia y rentabilidad.

Las reactancias de los Filtros Tipo SWF son especialmente construidas para formas de onda PWM, usando núcleo con tecnología PolyGapTM, de pérdidas bajas, así como inductancia equilibrada. La inductancia (mH) de las reactancias está dentro del +/- 3% para las tres fases, asegurando una caída de tensión equilibrada.

Los capacitores de los Filtros Tipo SWF están construidos usando elementos de polipropileno metalizado, alojados en gabinetes metálicos y rellenos con fluido dieléctrico biodegradable de alto rendimiento (libre de PCBs). Los capacitores son autoregenerativos, en el caso de que un capacitor experimente ruptura del aislamiento, (posiblemente causada por tensión o sobrecorriente excesivos), un interruptor interno sensible a la presión (aprobado por UL) interrumpirá las conexiones eléctricas internas para prevenir la ruptura. Las características de autoprotección, aprobadas por UL e IEC, eliminan la necesidad de usar fusibles en el circuito reactancia - capacitor.

SWF XXXXA XXX 2.5/5kHZ IPXX

SWF 0035A 690 5kHZ IP21

Grado de Protección del Gabinete

Frecuencia Portadora del Drive

Tensión Nominal de Operación

Corriente A

Sine Wave Filter

Gabinete IP21

Frecuencia Portadora 5 kHz

690 V

35 A

Sine Wave Filter

Ejemplo

Especificaciones

Tensión400,480,600,690 VCA

200-240 VCA disponibles bajo pedido

Fases 3

Frecuencia 50 / 60 Hz

Frecuencia de conmutación:

*5kHz; 2,5kHz, Otras frecuencias disponibles bajo pedido

Inductancia por fase +/-3% de tolerancia para las 3 fases

Regulación típica de tensión

7.5% caída de tensión con el filtro a plena carga

Forma de onda de la salida Onda Senoidal

Distorsión de tensión Menos del 5% de THD-v (Versión de 5KHz)

Temperatura ambiente 50° C

Altitud 1000 msnm

Distancia al motor Cualquiera

IDENTIFICACIÓN DE EQUIPOS

6. Filtro de Onda Sinusoidal > Familia SWF