supresor de armonicos
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AccuSine®
Filtro activo
de armónicos
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¿Cómo pueden los filtros activos
de armónicos resolver los
problemas de calidad y ahorro deenergía en su planta?Los equipos de electrónica de potencia se
han proliferado en la industria gracias a
sus beneficios con el control de procesos
y, especialmente, con el ahorro de energía.
Sin embargo, traen algunos inconvenientes
importantes a los sistemas de distribución
eléctrica: armónicos y rápidos cambios de
potencia reactiva.
Los armónicos pueden perturbar el
funcionamiento normal de otros dispositivos
y aumentar los costos de producción.
Además, los rápidos cambios de potencia
reactiva generan demandas instantáneas de
reactivos (kVAR).
Los síntomas de altos niveles armónicos
incluyen sobrecalentamiento de
transformadores, motores, variadores,
cables, disparo térmico de los dispositivos
de protección y fallas lógicas de losdispositivos digitales. Además, la vida de
muchos aparatos puede reducirse con la
elevada temperatura de funcionamiento.
La falta de compensación VAR, oportuna y
adecuada, puede dar lugar a fluctuaciones
de tensión en el sistema de distribución
eléctrica, que afectan el funcionamiento de
los equipos.
El filtro activo de armónicos AccuSine®
proporciona el más sencillo y eficaz medio
para mitigar los armónicos, relacionados con
el proceso de reducir las fluctuaciones de
tensión y mejorar la vida útil de los equipos y
la capacidad del sistema.
Ahorro de energía:
El contenido de armónicos en corriente
genera una sobrecarga, ya que el valor de la
corriente rms aumenta según esta relación:
Irms = I1 1 +THD2
El filtro activo AccuSine® elimina esta
corriente adicional, reduciendo también laspérdidas en transformadores y conductores,
ahorrando, de esta manera, energía en la
instalación.
Aplicaciones típicas
Aplicaciones Requerimientos Beneficios
Plantas de tratamiento de aguas y aguas
residuales, fábricas textiles, fábricas de papel,
instalaciones de productos farmacéuticos,
acerías, plataformas petrolíferas, buques de
navegación marítima, industria de extrusión,
industria de artes gráficas, industria de
plásticos.
Distorsión de voltaje
• THD (V)
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Principales características y
beneficios
Una línea simple, que incluye:
• Potencias de 50A, 100A y 300A
• Voltaje universal: 208V - 480V, 3 fases 3 hilos
• Opciones de encerramiento, NEMA 12, IP30
• Oferta mundial: cumple normas IEC, UL, CSA, CE, ABS, C-Tick
Desempeño potente
• Cumple con los principales estándares de armónicos en todo elmundo: IEEE-519-92, G5/4-1, GB/T 14549, IEC61000-3-2/-3-4.
• Respuesta ultra rápida a los cambios de carga - en microsegundos.
• Cancela todos los armónicos del 2° al 50° orden.
• Capacidad de inyección instantánea de corriente reactiva del 225%
para responder a las fluctuaciones de la carga y dar soporte a la
estabilidad del voltaje.
Modularidad
• Se pueden instalar hasta diez unidades en paralelo con el mismo
juego de transformadores de corriente, para ampliar la capacidad.
Control amigable
• Pantalla gráfica QVGA, multi-idioma.
• Estado de unidad de funcionamiento, los perfiles de carga aparecen
en pantalla de 3.8 pulgadas.
• Claridad en la operación de botones de marcha y parada.• Comunicación Modbus®.
El filtro AccuSine® de Schneider
Electric inyecta corriente armónica
para cancelar la corriente armónica
en el sistema de distribución de
energía eléctrica. Así, reducir el nivelde armónicos resulta en mejora de la
confiabilidad del sistema eléctrico y
del ahorro de energía.
El filtro Accusine® es simple de
estimar, de instalar, de configurar y
operar. Además, el filtro AccuSine®
elimina los complejos cálculos
de cumplimiento del límite de los
armónicos y elimina los molestosarmónicos de la red eléctrica.
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Principio de funcionamiento del
filtro activo de armónicos
El sistema de corrección de potencia AccuSine® inyecta corriente armónica y reactiva para
limitar la distorsión y mejorar el factor de potencia total para el sistema de distribución
de energía eléctrica en cualquier instalación. El filtro AccuSine® mide la corriente total de
carga del sistema, determina la componente fundamental e inyecta a la red la componente
armónica en fase opuesta, de tal forma que los armónicos quedan cancelados. La lógica de
amplio espectro del filtro AccuSine® no se enfoca en frecuencias específicas, sino que más
bien crea una forma de onda en tiempo real sobre la base de los aportes de sus circuitos
de detección, independientemente de las frecuencias que la corriente de carga no lineal
contiene.
El filtro AccuSine® supervisa la carga a través de transformadores de corriente montados en
la línea de alimentación de la carga en cuestión. Esta información es analizada por la lógicapara determinar la magnitud de la corrección a inyectar por el equipo en las líneas de AC.
La mayoría de los filtros activos de armónicos están diseñados con dos tipos de sistemas
de control.
Reactancia
3%
Carga
no lineal
Fuente
Ia Is Ib
Is: Corriente de las fuentes (libre de armónicos)
Ia: Corriente inyectada por el filtro Accusine®Ib: Corriente de carga
Uno utiliza la Transformada Rápida de Fourier (FFT) para calcular el ángulo de fase y amplitud
de cada orden de armónico. La electrónica de potencia está dirigida a producir una corriente
de igual amplitud pero en ángulo de fase opuesto para órdenes de armónicos específicos.
Esto limita la respuesta a pedidos específicos de armónicos y puede requerir hasta dos o más
ciclos (> 33 milisegundos) antes de responder.
El otro sistema de control (como el que es usado por el filtro AccuSine®) es llamado de
completo cancelador de espectro.
Este esquema de control no realiza FFT. Los algoritmos de control son analógicos. La lógica
adquiere una muestra de corriente desde el transformador, remueve la componente de la
frecuencia fundamental e inyecta la corrección en algunos cientos de microsegundos. De esta
manera, todos los “ruidos” no-fundamentales se retiran de la red eléctrica. Este “ruido” puede
contener frecuencias no enteras, también conocidas como interarmónicos.
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Guía de aplicación
El filtro AccuSine® puede ser utilizado fácilmente en diversas aplicaciones; en conjunto
con otros equipos de corrección de calidad de potencia, tales como filtros de armónicos
sintonizados, bancos de condensadores, etc. Por este motivo, examinamos cada aplicación
cuidadosamente para garantizar la correcta selección.
El filtro AccuSine® puede ser colocado en varios puntos dentro de la red de distribución
eléctrica.
Varias unidades (hasta 10) se pueden conectar en paralelo para proporcionar una
compensación más elevada de corriente y satisfacer los niveles de TDD definidos en el
estándar IEEE519-1992, o los niveles definidos en los requisitos de funcionamiento de la
planta, de ser necesario.
Filtrado individual para
evitar la contaminación de
las cargas conectadas al
juego de barras Filtrado principal para cumplir
con reglamentaciones y eliminar Filtrado de la barrapérdidas en el transformador auxiliargeneradas por los armónicos
Nota: Un requisito previo importante para la aplicación del filtro AccuSine® es instalar un
reactor de impedancia de línea de 3% o superior o equivalente en frente de cada carga no
lineal, como un VFD, UPS o fuente de alimentación SCR.
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Determinación del tamaño
de la unidad
Para una instalación nueva o una existente de la que se conozcan las cargas no lineales, nues-tros especialistas podrán determinar el filtro activo adecuado en función de los objetivos de
TDD deseados en la planta.
Por ejemplo, una instalación industrial desea satisfacer el nivel de Distorsión de Demanda
Total (TDD) del 8%, por problemas de interferencia. Recolectamos la información del sistema
de la siguiente manera:
Potencia del transformador 2000kVA, con un 5% de impedancia
Tensión de sistema 480V
Nivel deseado TDD 8%
Lista de cargas no lineales 2 x 150kVA UPS (Conversor de diodo)
6 x 50HP VFD (PWM)
6 x 20HP VFD (PWM)
20 x 10HP VFD (PWM)
2 x 100HP VFD (PWM)
Carga lineal total 400kVA
El programa de selección arroja el siguiente resumen de resultados:
Voltaje del sistema eléctrico 480 voltios
1828.3ATodas las cargas total
Todas las cargas lineales total 481.1A
Factor de potencia por desplazamiento 0.950
original
Objetivo del factor de potencia por
desplazamiento
0.950
TDD del sistema eléctrico antes del filtro
AccuSine®17.06% TDD
TDD objetivo 8.00% TDD
AccuSine® requerido 245.9A de corrección
El programa de selección del filtro AccuSine® calcula que, a fin de cumplir con requisito
del 8% TDD, es obligatorio un PCS-AccuSine nominal de 245.9A RMS. En este caso, debe
ser especificada una unidad de 300A nominal (en este ejemplo, puede lograrse un 5% TDD
debido a que 300A es la unidad seleccionada, o se puede obtener una capacidad VAR de
compensación adicional).
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Especificaciones
Filtro AccuSine®
Capacidad de salida estándar RMS actuales 50A, 100A, 300A
Voltaje nominal 208-480V + / - 10% detección automática
Otros voltajes Con transformador
Frecuencia nominal 50/60 Hz + / - 3 Hz detección automática
Número de fases 3F3H / 3F4H
Electrónica de potencia IGBT
Topología Interfase analógica/digital
Operación con carga monofásica Si
Transformadores de corriente 500 / 5, 1000 / 5, 3000 / 5, 5000 / 5 (400Hz)
Número de CTs requeridos 2 ó 3
Compensación de espectro 2° a 50° armónico
Relación de atenuación > 10:1
Paralelo de varias unidades Si, hasta 10 por serie de CTs (cualquier combinación de
tamaño)
Ubicación TC Fuente o carga
Corrección de reactivos Si
Tiempo de respuesta 100 microsegundos para los cambios de paso de carga, 1
ciclo de respuesta completa
Sobrecarga Limitada a la de potencia nominal, funcionamiento continuo
Inyección dinámica de corriente instantánea Hasta 2.25 veces la corriente nominal
Pantalla Alta calidad de 3.8” pantalla QVGA
Idiomas Inglés, con capacidad de otro idioma
Control Magelis XBT terminal gráfico de pantalla táctil
Parámetros de visualización • Tensión AC de la línea, tensión de bus DC, factor de potenciade carga de salida
• Carga de corriente armónica, carga reactiva de corriente,corriente armónica de salida, corriente de carga corregida
• Varios códigos de error, puntos de inicio de los parámetrosestablecidos, pantalla de control de parada
Capacidad de comunicación Modbus, Modbus TCP / IP
Pérdidas de calor 2150W para 50A, 3700W para 100A, 10,000 W para
300A
Nivel de ruido (ISO 3746)
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Directrices de instalación
El filtro activo AccuSine® se presenta como opción en IP30. Son aptos para ambientes
interiores, bien ventilados, limpios con una temperatura ambiente de 0°C a 40°C.Para entornos polvorientos (tales como operaciones de minería, fábricas de acero, fábricas
de papel) es necesario un filtrado y aire acondicionado (para mantener la temperatura
ambiente y quitar el polvo conductivo).
Tabla de selección del filtro AccuSine® PCS
Máxima potencia reactivaCorriente Encerramiento Dimensiones Peso
(kVAR) Referencia
(rms)
nominal
Clase Figura # Lbs (kg)208 V 400 V 480 V
PCS050D5N126S NEMA 12
18
34,8 41,8 1
661 (300)50
PCS050D5IP306S IP 30
PCS100D5N126S NEMA 12 38
88,2 83,1 2 771 (350)100
PCS100D5IP306S IP 30
PCS300D5N126S NEMA 12 108
207,8 249,4 3
1212 (550)300
PCS300D5N126S IP 30
Tabla de selección de transformadores de corriente
Capacidad en Catálogo No. Dimensiones Peso (lb) Precisión Capacidad de CorrienteAmp carga secundaria
A (ID) D (OD)
500 CT500SC 4.0 6.5 3.5 2% 3 VA 5 A
1000 CT1000SC 4.0 6.5 3.5 1% 10 VA 5 A
3000
CT3000SC 6.0 8.5 4.25 1% 45 VA 5 A
5000 CTFCL500 0 8.0 10.5 5.5 1% 45 VA 5 A
Nota: Se necesitan tres TC para redes con cargas monofásicas. Se necesitan dos TC para cargas trifásicas.
Para las instalaciones que requieren conexión de múltiples unidades AccuSine®, son necesarias consideraciones especiales.
Dimensiones de la unidad
Figura 1 Figura 2 Figura 3
Vista frontal Vista lateral Vista frontal Vista lateral Vista frontal Vista lateral
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Caso de estudio
Introducción
En una importante compañía de extrusión colombiana en la ciudad
de Bucaramanga, con más de 21 años de liderazgo en el mercado
de tubería de alta presión para gas y agua, se presentó un problema
de compatibilidad electromagnética debido al alto contenido de
armónicos que generaba una de las líneas de extrusión. En este
caso de estudio, se analizan los antecedentes y se documenta los
beneficios de la instalación de un filtro AccuSine®.
Antecedentes y cálculos
El primer paso consistió en la elaboración de un análisis quepermitiera recoger los datos para el dimensionamiento del equipo.
A continuación se muestran las tendencias de THD en corriente
y tensión, así como el perfil de carga para la línea de extrusión en
estudio:
Comportamiento del THD en corriente
Comportamiento del THD en tensión
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Comportamiento de la corriente total de carga
De esta forma se obtienen los datos claves:
Tensión del sistema 440 VAC
Corriente promedio 480A
THD en corriente 30%
Energía reactiva consumida 150kVAR
Mediante la siguiente fórmula es posible estimar la corriente rms armónica, es decir la
componente efectiva relacionada con las frecuencias no fundamentales:
1
1
2+
=
i
RMS H
THD
I I
Donde IRMS: Corriente total de carga.
THDi: Tasa de distorsión armónica en corriente.
IH: Corriente efectiva armónica.
Una vez obtenidos los datos, se estima la corriente armónica total:
El filtro activo Accusine® compensa simultáneamente los armónicos y los reactivos mediante
inyección dinámica de corriente. La capacidad total de inyección del filtro está dada por la
siguiente relación:
30,01
480
2
== A
113 A RMS I H
+1
I FILTRO 22
R H I I +=
Donde IFILTRO: Capacidad requerida del filtro activo.
IH: Corriente efectiva armónica requerida.
IR: Corriente efectiva reactiva requerida.
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Así, se estima la corriente equivalente necesaria para compensar los 150kVAR que absorbe
la carga, asumiendo un factor de potencia objetivo unitario:
A V
kVAR
V
Q I
L L
c R 197
4403
000.150
3=
×
⇒
×
=
−
Finalmente, se calcula la capacidad del filtro requerido:
A I FILTRO 22719713322=+=
De esta manera, para esta aplicación, se eligió un filtro activo Accusine® de 300 amperes.
Resultados
Para verificar la eficacia y rendimiento del filtro activo, se tomaron medidas en el sistema,deteniendo su operación durante un tiempo y así poder notar los cambios en el sistema y
el efecto del filtro.
A continuación se muestran los resultados:
Accusine Off Accusine On
Comportamiento de la distorsión en corriente con y sin filtro en operación.
Accusine Off Accusine On
Comportamiento de la corriente total de carga
Con los resultados se evidencian los beneficios del filtro activo desde el instante mismo de
ponerlo en operación.
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El resumen de variables se muestra en la siguiente tabla:
SIN ACCUSINE® CON ACCUSINE®
Tensión del sistema 440 VAC 440VAC
Corriente promedio 480A 360A
THD en tensión 33% 4,5%
THD en corriente 30% 5%
Factor de potencia total 0,65 0,96
• La corriente rms total disminuye drásticamente, ya que se elimina la componente adicional
que genera los armónicos. De esta forma, disminuyen las pérdidas por calentamiento
en conductores y devanados, las pérdidas en núcleo de transformador, consiguiendo
importantes ahorros de energía.
• La instalación cumple con todos los requisitos de compatibilidad electromagnética y normasaplicables sobre contaminación armónica.
• El desempeño del equipo es totalmente independiente del nivel de carga de la instalación.
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