Desde la década de 1970, debido al rápido desarrollo de la tecnología de la electrónica de potencia, se han utilizado ampliamente diversos dispositivos electrónicos de potencia en los sistemas de energía, la industria, el transporte y los hogares, y el daño causado por los armónicos se ha vuelto cada vez más grave. Los países de todo el mundo conceden gran importancia a las cuestiones armónicas. Se han celebrado muchas conferencias académicas internacionales sobre armónicos y muchas organizaciones académicas nacionales e internacionales han formulado estándares y regulaciones para limitar los armónicos en sistemas de energía y equipos eléctricos.
GB/T 14549-93 Armónicos de calidad eléctrica de la red eléctrica pública. Esta norma estipula los valores admisibles de inyección de armónicos en diferentes niveles de tensión y estipula los límites de tensiones armónicas (tensiones de fase) de las redes eléctricas públicas. Los filtros de uso común se pueden dividir aproximadamente en los siguientes siete tipos:
Filtro de sintonización única
El filtro de sintonización única tiene una banda de paso estrecha, buen efecto de filtrado, baja pérdida y es fácil de usar. para sintonizar. Es el tipo más utilizado.
Filtro de doble sintonización
El filtro de doble sintonización puede reemplazar dos filtros de sintonización simple. Solo un reactor (L1) necesita soportar todo el voltaje de impulso, pero el cableado es complicado y. El ajuste es difícil, por lo que sólo se utiliza en sistemas de presión ultraalta.
Filtro de paso alto de primer orden
El filtro de paso alto de primer orden generalmente no se utiliza debido a su gran pérdida de onda fundamental.
Filtro de paso alto de segundo orden
El filtro de paso alto de segundo orden tiene una banda de paso amplia, buen efecto de filtrado, punto de resonancia ajustable y nitidez de curva, y puede evitar vibraciones accidentales. y amplificación. Por lo tanto, las bandas de paso anchas de segundo orden también se utilizan como filtros de orden bajo.
Filtro de paso alto de tercer orden
El filtro de paso alto de tercer orden generalmente se filtra mediante un horno de arco eléctrico.
Filtro de paso alto tipo "C"
El filtro de paso alto tipo "C" se utiliza para el filtrado de hornos de arco eléctrico y es especialmente eficaz para el segundo armónico.
Filtros pasivos
El método tradicional de instalación de dispositivos de compensación de armónicos es utilizar filtros sintonizados LC. Este método puede compensar tanto armónicos como potencia reactiva, y tiene una estructura simple, por lo que ha sido ampliamente utilizado. La principal desventaja de este método es que las características de compensación se ven afectadas por la impedancia de la red y el estado operativo, y pueden causar fácilmente resonancia paralela con el sistema, lo que resulta en amplificación armónica y sobrecarga del filtro LC o incluso agotamiento. Además, sólo puede compensar armónicos de frecuencias fijas y el efecto de compensación no es ideal.
Los filtros pasivos, también conocidos como filtros LC, se pueden dividir en filtros de sintonización simple, filtros de sintonización doble y filtros de paso alto. En aplicaciones prácticas, a menudo se utilizan varios grupos de filtros de sintonización única y filtros de paso alto para formar un dispositivo de filtrado. El filtro de sintonización única, también llamado circuito de filtro de sintonización única, consta principalmente de controlador, capacitor, reactor, interruptor, circuito de control y circuito de protección.
Ya sea alta presión o baja presión, es lo mismo. Dado que los filtros de sintonización única utilizan menos componentes y tienen costos más bajos, son extremadamente populares y ampliamente utilizados.
Los principales niveles de voltaje de los filtros LC de bajo voltaje son 400V, 660V y 1000V, que dependen principalmente del nivel de voltaje del usuario.
El filtrado de alto voltaje generalmente se refiere a niveles de voltaje de 6 KV, 10 KV y 35 KV. Por lo general, el filtrado principal se da en sistemas de 6 KV y 10 KV.
La principal diferencia entre los filtros de alto voltaje y los filtros de bajo voltaje es que los componentes utilizados tienen diferentes tensiones soportadas, diferentes corrientes que pueden soportar, diferentes distancias de seguridad requeridas, y la dificultad de diseño y fabricación también es muy diferente.
La corriente filtrada también depende de la corriente armónica del sistema a filtrar.
El número de armónicos filtrados varía según la situación real de cada proyecto, y generalmente es de 20 ~ 50 del contenido armónico original del sistema.
Dependiendo de las condiciones específicas del proyecto, se pueden configurar varios conjuntos de filtros y el efecto de filtrado puede alcanzar más del 70% del contenido de armónicos original. Sin embargo, esto requiere más esfuerzo en el circuito de protección, que es relativamente complejo.
En definitiva, el resultado final del filtrado es hacer que el contenido armónico del sistema cumpla con los requisitos de las normas nacionales o los requisitos de armónicos del usuario. Sabemos que los condensadores compensan la potencia reactiva y también los utilizamos en circuitos de filtrado. Su función es filtrar en frecuencias armónicas, pero compensar la potencia reactiva en frecuencias fundamentales. Por tanto, el condensador de filtro desempeña la función de compensación de potencia reactiva a la frecuencia fundamental.
Dispositivo de filtro de compensación de bajo voltaje
El diseño del dispositivo de filtro de compensación de bajo voltaje debe cumplir con las regulaciones nacionales pertinentes. En términos generales, el dispositivo de compensación del filtro de bajo voltaje se instala en el gabinete. El diseño y la evaluación del efecto del dispositivo de filtrado depende principalmente de si el efecto realmente filtra los armónicos y si sigue las normas nacionales sobre armónicos. Cada carcasa de gabinete se puede instalar con 2 a 5 canales, dependiendo de la situación específica. 9.4. Dispositivo de compensación del filtro de alto voltaje
El dispositivo de compensación del filtro de alto voltaje se puede instalar en el gabinete o marco. El circuito de filtro LC de sintonización única está compuesto por un condensador de filtro y un reactor de filtro, que puede filtrar ciertos armónicos. Los reactores pueden ser de núcleo de hierro o, dependiendo de la potencia aplicada, de núcleo de aire. Debido a que es de alto voltaje, debe cumplir con las regulaciones nacionales pertinentes sobre dispositivos de alto voltaje. La diferencia entre la tecnología MKP y MPP radica en la forma en que se conectan los condensadores de potencia en el sistema de compensación.
Condensador MKP (MKF MKK)
Esta tecnología consiste en chapar metal directamente sobre una película de polipropileno. Su tamaño es más pequeño que el de los condensadores que utilizan tecnología MPP. Debido a los menores requisitos del proceso de producción, sus costos de fabricación y materia prima son mucho más bajos que los de la tecnología MPP. MKP es la tecnología de condensadores más común y ofrece ventajas adicionales debido a su diseño miniaturizado y capacidad dieléctrica.
Condensador MPP (MKV)
La tecnología MPP utiliza cartón recubierto con metal en ambos lados como electrodo y una película de polipropileno como medio. Esto lo hace más grande que los condensadores que utilizan tecnología MKP. La producción es muy precisa, ya que toda la humedad residual en los devanados del condensador debe eliminarse mediante tecnología de secado al vacío y las cavidades deben llenarse con aceite aislante. La principal ventaja de esta tecnología es su resistencia a las altas temperaturas.
Autorreparación
Ambos tipos de condensadores son autorreparables. Durante el proceso de autorreparación, la energía almacenada en el condensador crea un pequeño arco en el punto de perforación de la falla. El arco vaporizará el metal fino cerca del punto de perforación, restaurando el aislamiento completo del medio. Durante el proceso de autorreparación, el área efectiva del condensador no se reduce en ningún grado práctico. Cada condensador está equipado con un disyuntor de sobretensión para proteger contra sobrecargas eléctricas o térmicas. La prueba cumple con las normas VDE 560 e IEC 70 y 70A.
El desarrollo de condensadores
Hasta aproximadamente 1978, se utilizaban técnicas de inyección dieléctrica, incluidos los PCB, para fabricar condensadores de potencia. Más tarde se descubrió que los PCB son tóxicos y liberan este gas tóxico cuando se queman. Estos condensadores ya no se pueden utilizar y deben eliminarse. Deben enviarse a incineradores de residuos especiales o enterrarse profundamente en un lugar seguro.
El valor de pérdida de potencia de los condensadores que contienen PCB es de aproximadamente 30 W/kvar. El condensador en sí está hecho de cartón recubierto de metal.
Debido a que el uso de este tipo de condensadores estaba prohibido, se desarrolló una nueva tecnología de condensadores. Para adaptarse a los requisitos de las tendencias de ahorro de energía, el desarrollo de condensadores de pequeña potencia se ha convertido en el objetivo de nuestros esfuerzos.
Los nuevos condensadores se fabrican mediante un proceso de secado o inyectando una pequeña cantidad de aceite (aceite vegetal). La película plástica chapada en metal se utiliza en lugar de cartón chapado en metal, lo que refleja plenamente sus características de protección ambiental, y el consumo de energía es de sólo 0,3 W/kvar. Esto muestra que el consumo de energía se reduce a 1/100 después de la mejora. Estos condensadores se desarrollan en base a condiciones normales de red. Durante la crisis energética, la gente empezó a estudiar la tecnología de control de fases. El resultado del control de fases es contaminar la red eléctrica y generar nuevas fallas.
Debido a que los capacitores de la generación anterior tienen una alta autoinductancia, las corrientes y voltajes de alta frecuencia (armónicos) no se pueden absorber, mientras que los capacitores nuevos absorberán más armónicos.
Por lo tanto, es posible que cuando los condensadores nuevos y viejos funcionen en el mismo bus, las condiciones de funcionamiento y la vida útil sean muy diferentes. También es posible que los condensadores nuevos se dañen en un corto período de tiempo. tiempo debido a las razones anteriores.
Las condiciones de la red han cambiado drásticamente, lo que hace que elegir la tecnología de condensadores adecuada sea cada vez más importante. La vida útil del condensador se reduce por:
Carga armónica 0
9.5.4.2, mayor tensión de red.
9.5.4.3, Temperatura ambiente alta
Las cargas armónicas en nuestros sistemas de distribución continúan aumentando. En el futuro previsible, sólo serán adecuados los sistemas combinados de compensación reactiva.
Muchas empresas de suministro eléctrico estipulan que sólo se pueden instalar sistemas de compensación con reactancias vivas. Otras empresas deben seguir sus reglas.
Si el usuario decide seguir utilizando un sistema de compensación sin reactancia, al menos debería elegir un condensador con una tensión nominal superior. Este tipo de condensador puede soportar cargas armónicas de alto orden, pero no puede evitar accidentes de resonancia. Aplicaciones de los dispositivos electrónicos de potencia
Muchos procesos de producción hoy en día son inimaginables sin dispositivos electrónicos de potencia. Cada fábrica aplica al menos el siguiente equipo eléctrico:
9.6.1.1, sistema de control de iluminación (nivel de brillo)
9.6.1.2, fuente de alimentación conmutada (computadora, TV)
9.6.1.3. Equipo de regulación de velocidad del motor
9.6.1.4, núcleo de hierro saturado de autoinducción
9.6.1.5 Sistema de alimentación ininterrumpida
9.6 .1.6 , rectificador
9.6.1.7 equipo de soldadura
9.6.1.8, horno de arco eléctrico
9.6.1.9, máquina herramienta (CNC)
9.6 .1.10, Mecanismo de control electrónico
9.6.1.1.1 Maquinaria de mecanizado por descarga eléctrica
Todos estos equipos eléctricos no lineales producirán armónicos, que pueden causar armónicos en el El propio sistema de distribución de energía O un dispositivo conectado al sistema falla.
En las centrales eléctricas donde se producen fenómenos de fallo, puede ser un error considerar únicamente la causa raíz del fallo del equipo. Los fallos también pueden ser causados por armónicos generados por plantas vecinas que afectan a la red de distribución pública.
Antes de instalar un sistema de compensación del factor de potencia, es importante probar el sistema de distribución para determinar la configuración adecuada para su sistema.
Los circuitos de filtro sintonizables y los filtros combinados son soluciones bien conocidas a los problemas de armónicos. Otro enfoque es utilizar filtros activos dinámicos.
9.6.2 Terminología básica
9.6.2.1, Portadora (AF)
Es una señal de alta frecuencia unida a la tensión de red y utilizada para uso nocturno. controlar el alumbrado público, los sistemas de conversión HT/NT y los calentadores de almacenamiento de energía.
9.6.2.2 Circuito de detección de portadora (AF).
Componente compuesto por una inductancia primaria y un circuito resonante paralelo (inductancia secundaria y condensador) conectados en paralelo. El circuito de bloqueo de fase AF se utiliza para detectar la señal AF cargada por el departamento de suministro de energía.
9.6.2.3 Reactancia
El inductor se conecta en serie con el circuito del condensador.
9.6.2.4, Coeficiente de reactancia
El porcentaje de inductancia del estrangulador X L en relación con la inductancia del condensador x c.
Por ejemplo, los coeficientes de reactancia estándar son 5,5, 7 y 14.
Filtro combinado
Se conectan en paralelo dos bucles con diferentes coeficientes de reactancia para detectar señales de desorden, lo que se utiliza para limpiar la red eléctrica a bajo coste. El factor de potencia cosφ representa la diferencia de fase entre corriente y voltaje. Los cosφφ inductivos y capacitivos explican las características de calidad de la fuente de alimentación. cosφφ se puede utilizar para describir el componente de potencia reactiva en la red eléctrica.
Análisis de Fourier
El análisis de Fourier se puede utilizar para descomponer funciones no sinusoidales en sus componentes armónicos. La forma de onda a una frecuencia sinusoidal ω 0 se denomina componente de onda fundamental. La forma de onda con frecuencia n ×ω 0 se llama componente armónica.
9.6.5. Absorbedor de armónicos sintonizado
Circuito resonante formado por una bobina de choque y un condensador en serie, sintonizado para minimizar la impedancia a las corrientes armónicas. Los circuitos resonantes sintonizados se utilizan para eliminar con precisión los principales componentes armónicos en las redes de distribución.
9.6.6. Absorbedor de armónicos no sintonizado
Circuito resonante formado por una bobina de choque y un condensador en serie, sintonizados a una frecuencia inferior al armónico más bajo para evitar resonancias.