FILTROS DE ARMONICASLos filtros de armnicas sintonizados son el
tipo de filtro de armnicas ms comn. El objetivo de un filtro de
armnicas sintonizado es desviar la energa armnica de la fuente de
alimentacin (que es comn a otras cargas) y localizar la corriente
de armnicas para aquella parte del sistema elctrico que se sita
entre la carga productora de armnicas y el filtro. Para el mejor
beneficio global del sistema, los filtros deben estar situados lo
ms cerca posible de las cargas productoras de armnicas.Los filtros
de armnicas sintonizados estn compuestos por un inductor y un
condensador que forman un circuito tanque que est sintonizado para
ofrecer una baja impedancia para la frecuencia armnica no deseada.
Es posible sintonizar mltiples conjuntos de inductores y
condensadores para mltiples frecuencias armnicas. Estos filtros se
conectan en paralelo al sistema de alimentacin y actan como un
divisor de corriente para las corrientes de armnicas. La magnitud
de armnicas eliminada del sistema depender de la impedancia de la
red de filtros (en relacin a las frecuencias armnicas) comparada
con la impedancia del sistema en estas mismas frecuencias.
CLASES DE FILTROSBsicamente, los equipos de filtrado permiten
resolver los inconvenientes planteados anteriormente. Para definir
el tipo de equipo a instalar es necesario efectuar un minucioso
estudio de armnicas, con mediciones de tensin y corriente, anlisis
mediante simulador y seleccin del equipo mas adecuado. Como el
circuito de filtrado absorbe parte o la totalidad de las armnicas
generadas por los convertidores, deber ser adecuadamente diseado.
Los filtros pueden clasificarse en:FILTROS DESINTONIZADOS O
ANTIRRESONANTES Estn diseados para presentar una frecuencia de
resonancia por debajo de la menor armnica que ofrece el sistema
(generalmente la 5). El valor de frecuencia de desintona se
encuentra comprendido entre 179 y 223 Hz y se logra agregando un
reactor de desintona en serie con los capacitores de uso
convencional. Dicho reactor elevar la tensin del capacitor por
sobre la tensin de la red, siendo por lo tanto que la tensin
nominal de ste deber elegirse superior al valor resultante. El
valor de la sobretensin en el capacitor depender del grado de
desintona elegido. Este tipo de instalacin tiene adems un efecto
parcial de filtrado permitiendo la reduccin del nivel de distorsin
armnica de tensin existente en la red, y este efecto es tanto mas
importante a medida que la frecuencia de resonancia del filtro se
aproxima a la frecuencia de resonancia armnica natural, dicho en
otros trminos cuanto mayor es el grado de desintona menor ser la
absorcin de armnicas. Un mayor efecto de absorcin (grado de
filtrado) siempre depende de la impedancia de corto circuito del
sistema y la resistencia residual del circuito de filtrado. Los
filtros antirresonantes (o de rechazo) se recomiendan para todos
los casos donde las cargas generadoras de armnicas se encuentran
entre un 20 y un 50% de la carga total a compensar, dependiendo
este rango del grado de distorsin que presenten las cargas no
lineales.
FILTROS SINTONIZADOSEstos filtros presentan una impedancia muy
baja para la corriente armnica individual, derivando la mayor parte
de la corriente distorsiva generada por las cargas no lineales,
hacia el filtro y no hacia el suministro. El valor de de frecuencia
de resonancia en este caso, se encontrar siempre levemente por
debajo de la armnica que se desea filtrar, aunque mucho mas prxima
que en el caso de los filtros desintonizados. En estos casos es muy
importante tener en cuenta el valor de la corriente armnica mxima
que se desea filtrar, pues de ta dependen el dimensionamiento del
reactor y de la tensin del condensador. El dimensionamiento de este
tipo de filtros, requiere por lo tanto un estudio mas a fondo de
las caractersticas de la instalacin, las armnicas presentes y el
objetivo de distorsin en barras al cual se quiere
llegar.APLICACINLos equipos de filtrado, empleados en las
instalaciones industriales y redes antes mencionadas, permiten
obtener las siguientes mejoras:-Compensacin de la potencia reactiva
a la frecuencia fundamental para un factor de potencia
especificado.-Disminuyen el porcentaje de distorsin armnica total
(THD).-Evitan fenmenos de resonancia, que surgiran al conectar
capacitores sin proteccin contra armnicas.-Disminucin de prdidas
activas en cables y aparatos electromagnticos, por reduccin del
THD.
ELECCIN DEL EQUIPAMIENTO MAS ADECUADOEl primer aspecto a tener
en cuenta, es cual es objetivo que se pretende mediante la
incorporacin de un equipo de correccin del factor de potencia y/o
filtrado de armnicas, teniendo en cuenta las caractersticas del
tipo de carga a compensar, habiendo efectuado previamente las
tareas de medicin de parmetros elctricos y armnicas tanto de tensin
como de corriente. Para mejorar el factor de potencia, en
instalaciones donde existen cargas distorsivas en un porcentaje
inferior al 20% del total de cargas presentes, se pueden utilizar
capacitores para uso interior, o para intemperie de servicios
liviano y pesado y bancos de capacitores del tipo convencional,
tanto fijos como automticos. En el caso que se supere el 20% de
cargas no lineales, pero inferior al 50%, generalmente los filtros
antirresonantes cumplen satisfactoriamente su funcin de
compensadores del factor de potencia y al mismo tiempo reducen a
niveles aceptables la distorsin armnica total THD, quedando a cargo
del proyectista la evaluacin del: grado de desintona adecuado, la
potencia del equipo de filtrado fijo, y la potencia del equipo de
filtrado automtico y el dimensionamiento de los escalones y pasos
con que dispondr. Cuando las cargas no lineales superan el 50%, en
la mayor parte de los casos se recurre a filtros sintonizados en
los cuales el proyectista deber efectuar un dimensionamiento "a
medida", teniendo en cuenta los siguientes aspectos:-Ordenes de
armnicas, contando el filtro con tantas ramas de filtrado como
armnicas se quiera filtrar.-Valor mximo de corrientes armnicas a
filtrar, discrimando su orden.-Valor de THD requerido, el cual no
deber superarse, recurriendo a un anlisis mediante simulacin de
cargas, teniendo en cuenta las mediciones efectuadas, que en este
caso sern objeto de un tratamiento mas exaustivo.
FILTROS ANTIRRESONANTES AUTOMTICOS:Estn equipados con:-Conjunto
de Capacitores cilndricos antiexplosivos construidos con film de
polipropileno total autorregenerable (MKP) y/o film de
polipropileno mas papel metalizado (MPP) con sistema de proteccin
por sobre presin y resistores de incorporados para cada uno de los
pasos que integran el banco.-Un reactor antirresonante trifsico por
paso construido con chapa de acero magntico de bajas prdidas,
secado e impregnado con resina al vaco.-Contactores para cada paso,
equipados con relevo trmico.-Fusibles de alta capacidad de ruptura
para proteccin contra cortocircuitos en cada paso del equipo.-Rel
controlador del factor de potencia microprocesado, con display
indicador del cos fi y otras magnitudes elctricas, fcilmente
programable desde el frente del equipo.-Gabinete adecuado para el
grado de proteccin exigido por las condiciones ambientales donde el
equipo ser instalado.-Cableado, barreado, morsetera de
interconexin, forzadores de aire para ventilacin, accesorios,
etc.
FILTROS SINTONIZADOSPor ser estos aparatos de diseo especial en
funcin de las caractersticas de la carga a filtrar, requieren de un
estudio mas detallado de todo el sistema, de modo tal de
dimensionar con exactitud cada uno de sus componentes. Nuestro
Departamento de Ingeniera, lo asesorar indicndole las mediciones
preliminares a efectuar, los parmetros de aparatos que forman parte
del circuito necesarios para el clculo, y los niveles de distorsin
a los cuales se desea llegar mediante la instalacin de estos
filtros.
BANCO DE CAPACITORESEs un dispositivo elctrico, formado por dos
placas conductoras, separadas por medio aislante (aire, mica, etc.)
y que al aplicarle una tensin almacena energa elctrica.
Construccin. Los capacitores de Alta tensin estn sumergidos
generalmente en lquidos dielctricos y todo el conjunto est dentro
de un tanque pequeo, hermticamente cerrado. Sus dos terminales
salen al exterior a travs de dos boquillas de porcelana, cuyo tamao
depender del nivel de tensin del sistema al que se conectar. Funcin
del capacitor en las Subestaciones: Funcin: una de las funciones ms
importantes del capacitor, es de la de corregir el factor de
potencia en lneas de distribucin y en Instalaciones Industriales,
aumentando la capacidad de Y Transmisin de la lneas, el
aprovechamiento de la capacidad de los transformadores y la
regulacin de tensin en los lugares de consumo. Comportamiento. a)
Con CD. Cuando se conecta a una fuente de CD. Se carga. El tiempo
de descarga es variable de acuerdo a la resistencia de descarga. Su
compartimiento ante la CD. Es de circuito Abierto, ya que hay
circulacin de CD mientras se carga el capacitor, despus de cargado
ya no hay circulacin de corriente. b) Con CA. su comportamiento
ante la CA desde un circuito cerrado, que la CA. Se transmite a
travs del capacitor. La corriente depende de la tensin aplicada y
de la capacidad del capacitor. La capacidad del capacitor depende
del grueso del aislante. El tipo del mismo y de la superficie de
las placas. El capacitor no consume potencia.
Los bancos de capacitores con neutro flotante se pueden agrupar
formando tres tipos diferentes de conexiones, utilizando en todos
los casos, fusibles individuales en cada interruptor. Distancia de
seguridad y conexin a tierra; despus de que se desenergize un banco
de capacitores, se debe esperar 5 minutos antes de aproximarse a l.
Esto es para permitir el tiempo suficiente a las resistencias de
descargas internas en cada unidad de capacitor, para disipar la
energa almacenada, Estas resistencias se disean para producir el
voltaje a travs de unidades de capacitores individuales a menos de
50 V en 5 minutos sin embargo, se deben aplicar cables de tierra de
seguridad a todas las fases para cortocircuitar y aterrizar el
banco. En bancos de capacitores grandes, se instalan
desconectadores de tierra permanentes para lograr lo anterior.
Unidades de capacitadores abolsadas (abombadas); unidades
excesivamente abolsadas indican una presin interna excesiva causada
por un sobrecalentamiento y la produccin de gases durante una
probable condicin de arqueo. Estas unidades deben ser manejadas
cuidadosamente. Reenergizacin: al poner nuevamente un capacitor en
servicio se debe verificar que todos los cortos y tierras que se
instalaron durante el mantenimiento sean removidos. Esperar un
tiempo de 5 minutos entre la reenergizacin de un banco de
capacitores y la reenergizacin, que permita el tiempo suficiente
para que se decipe la energa almacenada. Capacitores en paralelo En
los sistemas de distribucin los capacitores se pueden instalar como
unidades individuales de 25-50 KVars o en Bancos o de varios
cientos de KVars. En subestaciones grandes de alta tensin la
instalacin est formada por varios bancos cada uno entre los 100 y
los 300 MVars, que sumadas darn un total de la estacin de 1000 Vars
o ms. Al igual que los reactores en paralelo los capacitores en
paralelo tambin se conectan y desconectan al sistema cuando es
necesario.
Conexin de los bancos
SELECCIN DEL BANCO DE CAPACITORES Para realizar la seleccin de
un banco de capacitores se deben elegir los capacitores en los
rangos existentes normalizados. En las tablas 3 y 4 se presentan
una lista de los valores de los bancos de capacitores ms comunes
existentes en el mercado de acuerdo a su tensin, cabe resaltar que
en relacin a las tensiones y tamaos de los capacitores, las
diferentes fbricas producen equipos para tensiones normalizados ms
utilizados por las empresas de electricidad, aunque tambin los
fabrican para tensiones y tamaos especiales bajo especificacin del
cliente. Sin embargo, los tamaos existentes en el mercado son muy
numerosos y generalmente se fabrican tanto condensadores monofsicos
como trifsico en incrementos de 5 kVAr hasta 50 kVAr, de 10 kVAr
hasta 100 kVAr y en saldos de 50 kVAr hasta 300 kVAr. Tamaos
mayores requieren pedidos especiales, en todo caso es importante
destacar que la frecuencia de operacin de los condensadores debe
ser 60 Hz.
BENEFICIOS DEL BANCO AUTOMTICO El banco automtico de capacitores
genera una serie de beneficios tanto econmicos como tcnicos en la
planta donde es instalado. Beneficios econmicos
Dentro de los beneficios econmicos proporcionados por el banco
se tienen: Reduccin del monto del recibo de energa elctrica debido
a que se eliminan las penalizaciones y se pueden obtener
bonificaciones hasta del 2.5% de la facturacin. El consumo total de
energa disminuye, incluyendo la demanda mxima. Si el banco es
instalado correctamente puede generar ahorros del 3 al 6% del
consumo total. El relevador Beluk tiene un programa de switcheo con
el cual rota el uso de los contactores de forma que todos tengan un
desgaste similar. Se evita el desgaste prematuro de los equipos por
calentamiento excesivo provocado por la operacin con baja tensin.
El banco requiere un mantenimiento mnimo. Su vida til es mayor a 15
aos por sus bajas prdidas y diseo a 80 C. Se suministra con todos
los componentes necesarios y debidamente distribuidos para
facilitar su instalacin.
Beneficios tcnicos
Los beneficios tcnicos derivados del uso del banco son: Se sigue
al factor de potencia conforme vara la carga. Se disminuyen las
prdidas por calentamiento en cables, motores y transformadores. Las
grupos ms pequeos siguen de cerca al factor de potencia objetivo
obtenindose una compensacin ms exacta de la potencia reactiva. Se
evitan problemas por resonancia gracias a la desconexin automtica
de los grupos en condiciones de carga baja. Se libera capacidad en
los conductores y transformadores de la instalacin. Se mejora la
regulacin de la tensin. Las resistencias individuales de descarga
evitan riesgos para el operador del banco. El banco es 100%
reparable en campo. Ventilacin por conveccin natural. Amplio
espacio para instalacin. Tiene indicacin visual de falla de las
celdas.
ESQUEMA DE PROTECCIONES DEL BANCO DE CAPACITORES, CONECTADO EN
ESTRELLA FLOTANTE