Las cargas no lineales, tales como equipos basados en electrónica de potencia y hornos eléctricos, son fuentes de corrientes armónicas que conducen a la distorsión armónica, este es uno de los parámetros más importantes para definir la calidad de energía. La mayoría de las cargas comerciales tales como computadoras personales, fotocopiadoras, fuentes de poder y lámparas fluorescentes compactas; y las cargas industriales tales como accionamientos de motor de CA y CC inyectan corrientes armónicas en la red a la que están conectados.
La distorsión armónica en una red provoca:
- Aumento de temperatura de los equipos
- Falla de aislamiento debido a sobrecalentamiento y picos de voltaje más alto que la tensión nominal fundamental (50Hz o 60Hz)
- Mal funcionamiento de equipos (falsa detección de cruce por cero en dispositivos electrónicos de potencia)
- Interferencia en comunicaciones
- Funcionamiento incorrecto de fusibles e interruptores
Los filtros armónicos pasivos son los dispositivos más utilizados para reducir la distorsión armónica en una red. Estos filtros se construyen a partir de componentes RLC pasivos, es decir, resistencias, inductores y condensadores.
A bajo nivel de tensión, usualmente se usan reactores con núcleo de acero como inductores de filtros armónicos. También pueden utilizarse en media tensión en algunas aplicaciones.
Los inductores (reactores) en estos filtros sirven para crear, en conjunto con los condensadores existentes en el filtro de armónicos, un circuito resonante. Mediante el ajuste apropiado de la frecuencia de resonancia del filtro de armónicos, se puede impedir que entren a la red eléctrica las corrientes armónicas no deseadas, inyectadas por las cargas no lineales.
En la etapa de diseño, son importantes los cálculos tanto de la resonancia serie (la frecuencia a la que la impedancia del filtro se vuelve mínimo) como de la resonancia paralela (la frecuencia a la que la red equivalente y la impedancia del filtro se vuelven máximas). En la práctica, el tipo de filtro más utilizado es el filtro de un solo tono que consiste en la conexión en serie de un condensador y un reactor. Para esta configuración, la frecuencia de resonancia en serie se calcula de la siguiente manera:
donde L es la inductancia del reactor en Henrios y C es la capacitancia equivalente por fase del banco de condensadores en Faraday. Por otra parte, la relación de la reactancia del reactor a la reactancia del condensador a la frecuencia fundamental se denomina factor p.
fr = 134 Hz for p = 14%
fr = 189 Hz for p = 7%
fr = 210 Hz for p = 5.64%
Son los valores estándar en redes industriales de 50Hz para filtros de un solo tono, donde la frecuencia de resonancia en serie no se sintoniza a un múltiplo entero de la frecuencia fundamental, es decir, cualquier componente armónico, sino que se sintoniza a un múltiplo no entero de la frecuencia fundamental, es decir, un interarmónico. Entonces, esta configuración se denomina filtro desintonizado. La desintonización se realiza para evitar cualquier filtrado armónico, y para sólo para compensar la potencia del reactor, eliminando el riesgo de resonancia paralela con cualquier componente armónico o interarmónico existente en la red y reduciendo también las corrientes de arranque del filtro armónico. Sin embargo, con el fin de proporcionar una frecuencia de resonancia en serie sintonizada al 5º armónico para una red de 50 Hz,
Es evidente aquí que la conexión en serie del reactor y del condensador aumentará la tensión en el condensador por sobre la tensión de red. Este incremento está relacionado con el valor de p según la siguiente fórmula:
Donde Urt es la tensión de la red y Uc es la tensión del condensador. Es importante considerar este aumento de tensión al momento de establecer los valores nominales de tensión del banco de condensadores.
Aparte de los filtros sintonizados, los reactores de filtro de armónicos se pueden utilizar en filtros de un solo orden, de segundo orden y de tipo C según el tipo de carga y propósito. Además, pueden utilizarse en serie con dispositivos de transmisión de CA flexible (FACTS) como el Compensador Estático VAr (SVC), Compensadores Sincrónicos Estáticos (STATCOM) y Sistemas de Transmisión de Alta Tensión de Corriente Continua (HVDC), para reducir la cantidad de armónicos que estos sistemas podrían inyectar a la red eléctrica.
Además, los clientes industriales están forzados a seguir las indicaciones para la corriente armónica y los límites de voltaje armónicos, con respecto al nivel de voltaje y a la relación entre la potencia de cortocircuito y potencia de carga, todo esto incluido en norma IEEE 519.92 y otras. Por lo tanto, es importante el diseño cuidadoso de los reactores y de la frecuencia de sintonización, considerando una banda de frecuencias amplia que incluya tanto los armónicos como los interarmónicos.
Todos los reactores de filtro de armónicos con núcleo de acero de Hilkar están diseñados específicamente para las diferentes aplicaciones considerando el voltaje, corriente, inductancia, tipo de aplicación (o tipo de filtro), armónicos, interarmónicos, tamaño, eventos transitorios tales como conmutaciones y características de pérdida que se requieren para proporcionar el diseño más eficiente a los precios más económicos. Todos los ensayos de rutina se realizan de acuerdo a norma EN 60289, u otros estándares dependiendo de la solicitud del cliente. Los informes de pruebas de prototipo están disponibles a pedido. Todos los informes de prueba se envían al cliente. El programa básico de pruebas incluye algunas o todas las siguientes pruebas:
- Pruebas de rutina (medición de inductancia y resistencia, prueba de potencial aplicado (1 min) y prueba de impulso)
- Prueba de resistencia a cortocircuito
- Prueba de aumento de temperatura
- Prueba de nivel de ruido
- Prueba sísmica
