EFECTOS DE LOS ARMÓNICOS EN LOS CAPACITORES Domingo 17 de junio de 2012
Los efectos de los armónicos en los condensadores incluyen calentamiento adicional, y en casos severos de sobrecarga, aumento de la tensión dieléctrica o de tensión y pérdidas no deseadas. Además, la combinación de armónicos y condensadores en un sistema podría llevar a una condición de calidad de energía más severa llamada resonancia armónica, que tiene el potencial de causar un gran daño. En consecuencia, estos efectos negativos acortarán
la
vida
del
condensador.
Los condensadores suelen instalarse en el sistema de energía eléctrica, desde los sistemas comerciales e industriales hasta los sistemas de distribución y transmisión, como dispositivos de corrección del factor de potencia. Sin embargo, aunque es un componente básico de un filtro armónico (aparte del reactor), no está libre de los efectos dañinos de los armónicos. En un sistema de energía caracterizado por altos niveles de distorsión armónica, los bancos de condensadores son vulnerables a las fallas. Límites IEEE IEEE 18-2002 indica que un capacitor está diseñado para funcionar a un máximo del 135% de sus clasificaciones de potencia reactiva (kVAR). Además, debe soportar una sobretensión RMS continua del 110%, una sobretensión máxima del 120% y una sobrecorriente del 180% de la clasificación nominal . Aunque la norma no especificó los límites para los armónicos individuales, los porcentajes anteriores se pueden usar como base para determinar los niveles armónicos máximos permitidos. Efectos armónicos La reactancia de un banco de capacitores es inversamente proporcional a la frecuencia, como se puede observar en la fórmula, Xc = 1 / (2πfC) dónde: Xc = reactancia capacitiva C = Capacitancia f = Frecuencia Como resultado, el banco de capacitores actúa como un sumidero, atrayendo corrientes armónicas no filtradas. Este efecto aumenta las tensiones térmicas y dieléctricas en las unidades del condensador (es decir, sobrecarga). Como ejemplo, consideremos un sistema eléctrico de armónico rico con 5 º tensión armónica de alrededor de 20% de la fundamental. Un banco de capacitores de 4160 V, 300 kVAR tiene una reactancia de 57.7 a la frecuencia fundamental (por ejemplo, 60 Hz) y debe extraer una corriente capacitiva de 41.6 A de acuerdo con la Ley de Ohm. Por otro lado, la reactancia del condensador es solamente 11,54 Ω en el 5 º armónico (5 x 60 = 300 Hz). Posteriormente, este mismo banco condensador energiza con 5 º orden tensión armónica también se basará 41,6 A.
Corriente fundamental: I 1 = 4.16 kV / (√3) (57.7 Ω) I 1 = 41.62 A 5 º armónico actual: I 5 = (20%) (4.16 kV) / ( √3) (11.54) I 5 = 41.62 A RMS total actual: Irms = √ (I 1 2 + I H 2 ) = √ (41.62 2 + 41.62 2 ) Irms = 58.86 A o 141.4% de la Corriente Fundamental (I 1 ) - podría quemar los fusibles de los condensadores
Incremento en la corriente del capacitor debido a los armónicos
En tales casos, se espera una explosión molesta ya que la mayoría de los fusibles de los condensadores tienen un tamaño basado en el límite de 135% de kVAR. De lo contrario, la unidad del condensador sufrirá sobrecarga y calentamiento. Esto muestra por qué los molestos fusibles de los condensadores y / o el disparo del interruptor indican niveles de distorsión armónica muy altos en el área.
Además, la conmutación frecuente de componentes magnéticos no lineales, tales como reactores y transformadores, puede generar corrientes armónicas que aumentarán la carga del condensador. Resonancia armónica Una seria preocupación que surge del uso de condensadores en un sistema de energía eléctrica es la posibilidad de resonancia del sistema. Este efecto impone voltajes y corrientes que son más altos de lo que serían sin resonancia. La resonancia armónica en un sistema de potencia se puede clasificar como resonancia paralela o en serie, y ambos tipos están presentes en un entorno rico en armónicos. La resonancia paralela causa la multiplicación de la corriente, mientras que la resonancia en serie produce un aumento de voltaje. Si la amplitud de la frecuencia ofensiva es lo suficientemente grande durante las condiciones de resonancia, se producirían daños considerables en los bancos de condensadores. Además, existe una alta probabilidad de que otros dispositivos eléctricos en el sistema también se dañen. Por tal razón, el análisis de armónicos debe realizarse antes de la instalación de un banco de condensadores de mejora del factor de potencia para garantizar que las frecuencias de resonancia no se correspondan con los armónicos prominentes contenidos en las corrientes y voltajes. Referencias: IEEE 519-1992. Prácticas recomendadas y requisitos para el control de armónicos en sistemas de energía eléctrica Sankaran, C. (1999). Efectos de los armónicos en los sistemas de potencia 1 Fuente en inglés: http://www.powerqualityworld.com/2012/06/effects-harmonics-capacitors.html