Soluciones para atenuar los armónicos en la red de distribución

Existen tres tipos diferentes de soluciones para atenuar los armónicos: Modificaciones en la instalación, Dispositivos especiales en el sistema de alimentación y Filtros.

SOLUCIONES BÁSICAS

Para limitar la propagación de los armónicos en la red de distribución, existen diferentes soluciones y deben tenerse en cuenta, especialmente al diseñar una nueva instalación.

Instalación de las cargas no lineales aguas arriba en el sistema

Las perturbaciones armónicas generales aumentan a medida que disminuye la potencia de cortocircuito. Dejando a un lado todas las consideraciones económicas, es preferible conectar cargas no lineales lo más aguas arriba posible (ver Figura 01).

Agrupación de las cargas no lineales

Al preparar el diagrama de una sola línea, los dispositivos no lineales deben separarse del resto (ver Figura 02).

Creación de fuentes separadas

En el intento de limitar los armónicos, se puede obtener una mejora adicional alimentando las cargas no lineales desde una fuente independiente del resto de cargas de la instalación (ver Figura 03).

La desventaja es un aumento del coste de la instalación.

Transformadores con conexiones especiales

Determinadas conexiones de transformador pueden eliminar algunos rangos de armónicos, tal y como se indica en los ejemplos siguientes:

• Una conexión Dyd elimina los armónicos de rangos 5.º y 7.º (véase la Figura 04).

  

• Una conexión Dy elimina el 3º armónico.
• Una conexión DZ 5 elimina el 5º armónico.

Instalación de inductancias

Cuando se alimentan variadores de velocidad, es posible atenuar la corriente instalando inductancias. Al aumentar la impedancia del circuito de alimentación, la circulación de armónicos se limita.
La instalación de inductancias antiarmónicas en las baterías de condensadores aumenta la impedancia de la combinación reactor/condensador para los armónicos de gran orden.
De esta forma se evita la resonancia y se protege a los condensadores.

FILTROS ARMÓNICOS

En los casos en los que la acción preventiva indicada anteriormente sea insuficiente, es necesario equipar la instalación con sistemas de filtrado. Existen tres tipos de filtros:

• Pasivos.
• Activos.
• Híbridos.

Filtros pasivos

Aplicaciones típicas:

• Instalaciones industriales con una serie de cargas no lineales que representan más de 200 kVA (variadores de velocidad, SAI, rectificadores, etc.).
• Instalaciones que requieren corrección del factor de potencia.
• Instalaciones en las que la distorsión de tensión debe reducirse para evitar perturbar las cargas sensibles.
• Instalaciones en las que la distorsión de corriente debe reducirse para evitar sobrecargas.

Principio de funcionamiento:

• Un circuito LC, sintonizado a cada rango armónico que se va a filtrar, se instala en paralelo con la carga no lineal (ver Figura 05). Este circuito de derivación absorbe los armónicos, evitando así que circulen por la red de distribución. De manera general, el filtro pasivo se ajusta a un rango de armónicos próximo al que se desea eliminar. Se pueden utilizar varias ramificaciones de filtros conectadas en paralelo si se necesita una reducción significativa de la distorsión global.

  

Filtros activos (compensador activo de armónicos)

Aplicaciones típicas:

• Instalaciones comerciales con una serie de cargas no lineales que representan menos de 200 kVA (variadores de velocidad, SAI, equipos de oficina, etc.).
• Instalaciones en las que la distorsión de corriente debe reducirse para evitar sobrecargas.

Principio de funcionamiento:

• Estos sistemas, que incluyen electrónica de potencia y que están instalados en serie o en paralelo con la carga no lineal, compensan la intensidad de armónicos o la tensión de la carga.
• La Figura 06 muestra un compensador activo de armónicos conectado en paralelo que compensa la corriente armónica (I_har = -I_act).

  

• El AHC inyecta en la fase opuesta los armónicos de la carga no lineal, de forma que la corriente de línea Is permanece senoidal.

Filtros híbridos

Aplicaciones típicas:

• Instalaciones industriales con una serie de cargas no lineales que representan más de 200 kVA (variadores de velocidad, SAI, rectificadores, etc.).
• Instalaciones que requieren corrección del factor de potencia.
• Instalaciones en las que la distorsión de tensión debe reducirse para evitar perturbar las cargas sensibles.
• Instalaciones en las que la distorsión de corriente debe reducirse para evitar sobrecargas.
• Instalaciones en las que deben cumplirse límites estrictos de emisiones de armónicas.

Principio de funcionamiento:

• Los filtros pasivos y activos se combinan en un único sistema para constituir un filtro híbrido (ver Figura 07). Esta nueva solución de filtrado ofrece las ventajas de los dos tipos de filtros y abarca una amplia gama de niveles de potencia y rendimiento.

  

CRITERIOS DE SELECCIÓN

Filtro pasivo

Ofrece tanto corrección del factor de potencia como capacidad para el filtrado de corrientes. Los filtros pasivos también reducen las tensiones armónicas en las instalaciones en las que la tensión de alimentación tiene perturbaciones. Si el nivel de la potencia reactiva suministrada es elevado, se recomienda desactivar el filtro pasivo cuando el porcentaje de la carga sea bajo. Los estudios preliminares para un filtro deben tener en cuenta la posible presencia de una batería de condensadores que puede resultar necesario eliminar.

Acondicionadores de armónicos activos

Filtran los armónicos en un amplio rango de frecuencias y se pueden adaptar a cualquier tipo de carga. Por otro lado, las especificaciones de potencia son bajas.

Filtros híbridos

Combinan el rendimiento de los filtros activos y pasivos.