Estudios Armónicos
Corrientes armónicas: Fuente y consecuencias
Los convertidores de potencia (como UPSs, VFDs, rectificadores, soldadoras, etc.) son cargas no lineales. Este tipo de equipos generan corrientes no sinusoidales al operar. Estas corrientes pueden causar serios problemas, entre los cuales destacan:
- Aumentar las pérdidas en equipos, disminuyendo su eficiencia y generando sobrecalentamientos
- Generar alto contenido armónico en los voltajes como resultado de resonancias
- Hacer operar inadecuadamente relés de protección o fusibles, interrumpiendo la producción
- Dañar de forma prematura la aislación de equipos
- Causar vibraciones en motores, generadores y transformadores
Existen normas internacionales como la IEEE 519 y la IEC 61000-3, junto a regulaciones locales que, con el fin de evitar estos problemas, definen límites para la contaminación armónica que se puede inyectar a la red. En caso de no cumplir con los límites especificados el cliente se expone a multas.
Formas de mitigar el impacto
Para mitigar los efectos de las corrientes armónicas existen distintas soluciones. La más sencilla corresponde a la instalación de filtros armónicos en la planta. Estos dispositivos se encuentran sintonizados a frecuencias específicas y hacen que las corrientes cercanas a dicha frecuencia circulen por ellos y no se propaguen por el sistema. Los filtros armónicos tienen la ventaja de que, adicionalmente, inyectan reactivos al operar. Esto puede ayudar a mejorar el factor de potencia de la planta. La instalación de filtros armónicos presenta desafíos. En primer lugar, se deben diseñar los filtros de manera tal que no generen resonancias indeseadas, lo que podría amplificar el problema en vez de resolverlo. Junto a lo anterior se debe determinar si es que se instalarán varios filtros pequeños en distintos puntos de la planta o un conjunto de filtros de mayor potencia en un único punto.
Otro tipo de soluciones son los STATCOM. Estos equipos son convertidores de potencia que tienen la capacidad de absorber corrientes armónicas de distintas frecuencias de manera simultánea. Adicionalmente, pueden suministrar reactivos a la planta de manera rápida, pudiendo aportar no solo al control del factor de potencia, sino que también al control de la tensión. La principal desventaja de estos equipos es su costo y complejidad de mantenimiento.
Desarrollo de estudios armónicos
Dados los serios problemas que pueden causar las corrientes armónicas y las distintas opciones que se tiene para mitigar correctamente sus efectos resulta clave evaluar correctamente cada sistema y determinar cuál es la mejor solución.
Para desarrollar un estudio armónico se debe modelar en un software apropiado para estos análisis la planta del cliente. Cada uno de los componentes de la planta debe ingresarse al programa con el mayor nivel de detalle posible para que los resultados sean fidedignos.
El equipo de ingeniería de Andes CPA cuenta con la capacidad y las herramientas para desarrollar estudios armónicos que permiten evaluar el impacto que tiene la operación de convertidores de potencia en el sistema. Junto a lo anterior, podemos identificar y recomendar las mejores formas de mitigar estos efectos indeseados.