as soluciones preventivas básicasposibles para atenuar los efectos deestos armónicos consisten en:

- Posicionar las cargas polucionantes alprincipio de la red.

- Reagrupar las cargas polucionantes.- Separar las fuentes de alimentación.- Utilizar transformadores con grupos de

conexión especiales.- Disponer inductancias en la instalación.- Elegir un esquema de conexión a tierra

adaptado.Estos armónicos de corriente y tensiónpueden comprometer fuertemente lostransformadores, hasta destruirlos.

Soluciones propuestasFrente a este fenómeno, con arreglo altipo de armónicos y a su importancia, exis-ten dos tipos de soluciones, a veces com-plementarias, propuestas por SchneiderElectric:• El sobredimensionamiento del transfor-

mador desde su concepción.• La colocación de sistemas de filtros para

proteger la instalación.

Sobredimensionamiento deltransformadorDesde un punto de vista térmico, los trans-formadores deben ser sobredimensiona-

dos para tener en cuenta corrientes armó-nicas que generan pérdidas especialessuplementarias.En el caso de una red contaminada porarmónicos de corriente, los documentosde armonización HD 428 y HD538 defi-nen respectivamente, para los transforma-dores en aceite y secos de distribución ya

instalados, coeficientes de reducción depotencia determinados a partir de la tasa yrango de los armónicos de corriente.1. La curva siguiente (ver gráfico 1 en pág. 3),

extraída del proyecto de la Guía de Apli-cación IEEE 519 de 1996, da la desclasifi-cación típica a aplicar a un transformadoralimentando cargas electrónicas.

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Los armónicos y los transformadores

Las redes de BT y MT están sometidas cada vez más a armónicos decorriente y de tensión que las polucionan. Estos armónicos estángenerados por cargas no lineales, cada vez más presentes en lasredes actuales, cargas que integran variadores de frecuencia,reguladores de corriente continua, hornos de inducción, alimentaciónde seguridad, iluminación económica y de lámparas de descarga.

ANDRÉS GRANERO. DIRECTOR ÁREA TRANSFORMADORES DE POTENCIA SCHNEIDER ELECTRIC

L

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2. La norma UTE C15-112 suministra unfactor de desclasificación de transfor-madores en función de las corrientesarmónicas, las normas UNE 21 428-4 yUNE 21538-3 adoptan criterios similares.

Valores típicos:- Corrientes “de forma rectangular”

(espectro en 1/h (*)): k = 0,86- Corriente tipo convertidor de frecuen-

cia (THD a 50%): k = 0,80(*) En realidad, la forma de la señal decorriente se aproxima a una forma rec-tangular. Este es el caso de todos los rec-tificadores de corriente (rectificadorestrifásicos, hornos de inducción...).

3. La norma ANSI C57.110 define un coe-ficiente de desclasificación, llamado fac-tor K, por la fórmula siguiente:

Este coeficiente de desclasificación factor K,más restrictivo, es muy utilizado en Américadel Norte. En el ejemplo siguiente, seobtiene un factor K igual a 13:

Hay que considerar que el sobrecoste de untransformador dimensionado con dichofactor K varía del 30 al 60% dentro de losmárgenes de potencias comprendidasentre 15 y 500 kVA. Esta solución desobredimensionamiento sólo puede sercontemplada cuando es conocida la polu-ción armónica y transmitida al fabricanteantes del estudio del transformador.Otra solución preventiva que puede apli-carse a transformadores consiste en utilizartransformadores con acoplamientos espe-ciales, ya que algunos grupos de conexióntienen la propiedad de suprimir ciertosrangos de armónicos, de forma que:- Un grupo de conexión Dyd frena los

armónicos de rango 5 y 7.- Un grupo de conexión Dy frena los armó-

nicos de rango 3 (los armónicos circulanpor cada fase y se cierran por el neutro deltransformador).

- Un grupo de conexión DZ5 frena losarmónicos de rango 5 (que se cierran porel circuito magnético).

La utilización de un transformador Dydfrena la propagación de los armónicos derango 5 y 7 aguas arriba de la red.

Filtrado de armónicosDesde el punto de vista dieléctrico, para lasaplicaciones con presencia de electrónica depotencia, alimentación de onduladores,dos fases de la red alterna están en corto-circuito durante un tiempo muy breve encada conmutación.Las formas de onda de tensión en el lado deMT y BT están deformadas, con apariciónde armónicos y valores de (dv / dt) muyelevados, debido a los huecos de conmu-tación. La presencia de armónicos de ten-sión debido a los huecos de tensión com-promete fuertemente a los aislantes deltransformador. Estos huecos de conmuta-ción repetitivos (con frecuencia de oscilaciónde 10 kHz) pueden conducir a un enveje-cimiento prematuro del transformador o auna resonancia interna con sus arrolla-mientos, cuando las frecuencias coincidencon la de las oscilaciones de los huecos deconmutación.En el caso donde las acciones preventivascitadas en la introducción son insuficientes,será necesario equipar la instalación polu-cionada con dispositivos de filtrado. Trestipos de filtros suelen utilizarse en funciónde la aplicación de la fuente de armónicos:pasivo, activo e híbrido.

Filtro pasivoSus aplicaciones típicas son:• Instalaciones industriales con un con-

junto de generadores de armónicos depotencia total superior a 200 kVA apro-ximadamente (variadores de velocidad,SAIs, rectificadores).

• Instalaciones con compensación deenergía reactiva.

• Necesidad de reducción de la tasa dedistorsión en tensión para evitar pertur-baciones en receptores sensibles.

• Necesidad de reducción de la tasa dedistorsión de corriente para evitar sobre-cargas.

Consiste en un circuito LC sintonizadopara cada frecuencia armónica a filtrar, enparalelo con el generador de armónicos.

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Gráfico 1: tasa de desclasificación a aplicar a un transformador que alimenta cargas

electrónicas. Ejemplo: desclasificación del 40% si el transformador alimenta el 40% de carga

electrónica.

TRES TIPOS DE FILTROS

SUELEN UTILIZARSE

EN FUNCIÓN DE LA

APLICACIÓN DE LA

FUENTE DE

ARMÓNICOS:

PASIVO, ACTIVO E

HÍBRIDO

Este circuito en derivación absorbe losarmónicos y evita que circulen hacia la ali-mentación.

Filtro activoSus aplicaciones típicas son:• Instalaciones terciarias con generadores

de armónicos de potencia total inferior a200 kVA (variadores de velocidad, SAIs,ofimática...).

• Necesidad de reducción de la tasa dedistorsión en corriente para evitar sobre-cargas.

Se exponen seguidamente los sistemaselectrónicos de potencia instalados enserie o paralelo con las cargas no lineales, alobjeto de compensar las tensiones o lascorrientes armónicas que generan.El gráfico 8 muestra un ejemplo de filtroactivo compensando la corriente armó-nica: i har = - i act

El filtro activo reinyecta en oposición defase los armónicos presentes en la alimen-tación de la carga, de tal forma que lacorriente de línea sea senoidal.

Filtro híbridoSus aplicaciones típicas son:• Instalaciones industriales con conjuntos de

generadores de armónicos de potencia

total superior a 200 kVA aproximada-mente (variadores de velocidad, SAIs,rectificadores...).

• Instalaciones con compensación deenergía reactiva.

• Necesidad de reducción de tasas de dis-torsión de tensión para evitar perturba-ciones en receptores sensibles.

• Necesidad de reducir las tasas de distor-sión de corriente para evitar sobrecar-gas.

• Aplicaciones para satisfacer los límitesnormalizados de emisión armónica.

Los dos tipos de dispositivos precedentespueden ser asociados en un mismo equipoy constituir un filtro híbrido (ver gráfico 9).Esta nueva solución de filtrado permiteacumular las ventajas de las solucionesexistentes y cubrir un amplio margen depotencias y posibilidades.

Criterios y guía de elección del filtroEl filtro pasivo permite a la vez:- La compensación de energía reactiva.- Una gran capacidad de filtrado de

corriente.La instalación donde esté instalado el filtrodebe presentar una estabilidad suficiente,con pocas fluctuaciones de carga. Si la

potencia reactiva suministrada es impor-tante, es aconsejable desconectar el filtropasivo durante los períodos de escasacarga. El estudio de conexionado de unfiltro debe tener en cuenta la eventual pre-sencia de una batería de compensación,pudiendo acarrear su inhabilitación.El filtro activo permite el filtrado de losarmónicos en una amplia banda de fre-cuencias. Ellos se adaptan a cualquiercarga. Sin embargo, su potencia armónicaes limitada.El filtro híbrido reúne el conjunto de posi-bilidades de los filtros pasivos y activos.Estos criterios permiten promulgar unaguía de elección del filtro, en función de laaplicación requerida (ver en esta página).Cualquiera que sea la solución elegida, esmuy importante el diálogo entre cliente y elcorresponsal Schneider Electric antes delpedido del material, con objeto de evitardecepciones en su funcionamiento, conconsecuencias a veces desagradables.

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GUÍA DE ELECCIÓN DEL FILTRO

CUALQUIERA QUE SEA

LA SOLUCIÓN ELEGIDA,

ES MUY IMPORTANTE EL

DIÁLOGO ENTRE CLIENTE

Y EL CORRESPONSAL

SCHNEIDER ELECTRIC

ANTES DEL PEDIDO DEL

MATERIAL