Evaluación de armónicos de instalaciones comerciales

Resumen: Los problemas armónicos del sistema de energía eléctrica a menudo se pueden resolver utilizando un enfoque integral que incluye estudios del sitio, mediciones de armónicos y simulaciones por computadora.

Este estudio de caso presenta los resultados de una evaluación armónica de una instalación comercial. Las simulaciones se realizaron utilizando el programa PSCAD. El análisis evalúa los efectos de las conexiones de los transformadores para determinar los niveles de distorsión armónica de la corriente en los lados primario y secundario de los transformadores del cliente. Los resultados de la simulación muestran la corriente del neutro del tercer armónico y un análisis de reducción de potencia del transformador del factor K.

INTRODUCCIÓN

Se completó una evaluación armónica de una instalación comercial para el sistema que se muestra en la Figura 1. El estudio de caso se completó utilizando el programa PSCAD. La precisión del modelo de simulación se verificó utilizando corrientes de falla trifásicas y de línea única a tierra y otras cantidades de estado estable.

El modelo de circuito para el caso involucró una subestación de cliente de 25,56 kV con dos transformadores reductores de 1000 kVA que suministraban cargas HVAC y un transformador de 100 kVA que suministraba cargas de fuente de alimentación de modo conmutado (SMPS).

Figura 1: Ilustración del diagrama unifilar para la evaluación armónica de instalaciones comerciales

Las fuentes de alimentación de modo conmutado utilizan técnicas de conversión CC/CC para mantener una salida de voltaje CC constante. En ausencia de una gran inductancia del lado CA, la corriente de entrada a la fuente de alimentación se convierte en pulsos de corriente positivos y negativos, caracterizados por factores de cresta altos (relación pico a rms) y alto contenido de armónicos. Un alto contenido de corriente de tercer armónico es especialmente típico de las fuentes de alimentación de modo conmutado. Dado que los componentes de corriente del tercer armónico no se cancelan entre sí en el neutro de un sistema trifásico, la creciente aplicación de fuentes de alimentación de modo conmutado ha creado una preocupación por la sobrecarga de los conductores neutros, especialmente en edificios más antiguos donde se puede haber utilizado un neutro de tamaño insuficiente. .

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RESULTADOS DE LA SIMULACIÓN

El estudio de caso evalúa los efectos de las conexiones de los transformadores para determinar los niveles de distorsión armónica de la corriente en los lados primario y secundario de los transformadores del cliente. La Figura 2 muestra la corriente de suministro de energía simulada y la corriente resultante en el primario del transformador debido a la conexión delta/estrella que atrapa los armónicos de secuencia cero en el devanado delta primario.

La corriente de la fuente de alimentación secundaria tiene un valor de frecuencia fundamental de 6,76 amperios, un valor rms de 8,10 amperios y un valor THD de 66,12%. El componente más alto fue el 3er armónico con un valor de 62,30%. La corriente del transformador primario resultante tiene un valor de frecuencia fundamental de 0,15 amperios, un valor eficaz de 0,16 amperios y un valor THD de 14,89%. Los componentes más altos fueron el quinto armónico con un valor de 12,93 % y el séptimo armónico con un valor de 6,39 %.

Cálculos de reducción de potencia del transformador y factor K. El factor de pérdida por corrientes parásitas supuesto (PEC-R) para el transformador seco de 100 kVA fue del 8%. Una calificación K de cuatro sería suficiente para esta aplicación.

Corriente del neutro del transformador al alimentar las cargas de alimentación. La corriente de alimentación de la fase A también se muestra como referencia. Los armónicos triples se suman al neutro para crear una forma de onda que consiste principalmente en la frecuencia del tercer armónico (180 Hz). El valor rms de la corriente neutra fue de 12,72 amperios, siendo los componentes más altos el tercero con 12,63 amperios, el noveno con 1,41 amperios y el 15 con 0,25 amperios. Un error que se comete habitualmente con este tipo de forma de onda es utilizar un valor de THD en porcentaje. Esto se debe a que el componente de frecuencia fundamental de la corriente neutra en un sistema equilibrado se acerca a cero amperios, lo que conduce a un valor de THD que se acerca al infinito.

Corriente de punto de acoplamiento común (PCC) simulada en la interfaz de servicio público/cliente. La corriente tiene un valor de frecuencia fundamental de 3,73 amperios, un valor rms de 3,74 amperios y un valor THD de 8,18%. Los componentes más altos fueron el 5º armónico con un valor de 3,99%, el 7º armónico con un valor de 4,30%, el 11º con un valor de 4,05% y el 13º con un valor de 2,89%. Los valores de los armónicos triples (por ejemplo, 3.º, 9.º, 15.º, etc.) fueron insignificantes debido al hecho de que todos los transformadores que alimentaban las cargas no lineales del cliente tenían devanados primarios conectados en delta y también a que todas las cargas del cliente estaban equilibradas.