¿Cuál es el motivo de la alta corriente de línea neutra?
La corriente de neutro surge principalmente debido a dos factores: desequilibrio trifásico y corrientes armónicas.
Desequilibrio trifásico
En un sistema de distribución de energía trifásico de cuatro hilos, el escenario ideal implica una distribución uniforme de las cargas en las tres fases. Este equilibrio garantiza que la suma vectorial de las corrientes trifásicas sea cero, lo que deja al conductor neutro (comúnmente denominado línea "neutral" o "cero") libre de cualquier flujo de corriente sustancial. La línea neutra sirve como camino de retorno para la corriente combinada de las tres fases en condiciones de equilibrio y se espera que transporte una corriente mínima o nula.
Sin embargo, los sistemas del mundo real a menudo se desvían de este ideal y se topan con lo que se conoce como "desequilibrio trifásico". Este desequilibrio surge cuando las cargas conectadas a cada fase no están distribuidas uniformemente, lo que provoca variaciones en las corrientes consumidas por cada fase. Las causas pueden variar desde el consumo desigual de energía por diferentes tipos de equipos hasta la distribución desigual de cargas monofásicas entre las fases.
Cuando las cargas se distribuyen de manera desigual, la suma vectorial de las corrientes de fase deja de ser cero, lo que requiere que fluya una corriente neta a través del neutro para mantener la neutralidad eléctrica en la fuente de suministro. Esta corriente adicional en la línea neutra puede provocar sobrecalentamiento, caídas de voltaje y condiciones de funcionamiento potencialmente inseguras si el conductor neutro no tiene el tamaño adecuado para soportar la carga adicional. Con el tiempo, también puede causar fallas prematuras en el equipo, lo que enfatiza la importancia de monitorear y mantener una distribución equilibrada de la carga en sistemas trifásicos.
Corrientes armónicas
Las corrientes armónicas contribuyen significativamente a los problemas de corriente neutra, particularmente debido a su comportamiento único en sistemas trifásicos. Las cargas no lineales, que prevalecen en los dispositivos electrónicos modernos, como las fuentes de alimentación de modo conmutado, los variadores de frecuencia y los balastos electrónicos de iluminación, consumen corriente de forma no sinusoidal. Este comportamiento no lineal introduce armónicos, que son múltiplos enteros de la frecuencia fundamental (50 Hz o 60 Hz en la mayoría de las redes eléctricas).
De particular preocupación es la corriente del tercer armónico. En un sistema trifásico equilibrado, a diferencia de los armónicos de orden inferior, que tienden a cancelarse entre las fases, los terceros armónicos se suman constructivamente cuando regresan a través del conductor neutro.
¿Por qué la corriente armónica en la línea neutra es principalmente de tercer armónico?
(1) Entre los componentes armónicos generados por un circuito rectificador monofásico, el tercer armónico es el más grande y la tasa de distorsión del tercer armónico generalmente alcanza más del 80%.
(2) La corriente armónica de otras veces tendrá el efecto de cancelarse en la línea neutra, sólo tres veces no lo hará.
El circuito rectificador monofásico genera la corriente del tercer armónico. La diferencia de fase de la corriente del tercer armónico es de 360° (3×120°=360°), para corriente alterna, la diferencia de fase de 360° significa que están en fase. Por lo tanto, la corriente del tercer armónico se superpone aritméticamente a la línea neutra. Ésta es la particularidad del tercer armónico.
No sólo el tercer armónico tiene tales características, sino que también el armónico con una frecuencia de 3 veces la frecuencia fundamental debería tener tales características. Estos armónicos cuya frecuencia es tres veces la frecuencia fundamental se denominan tercer armónico y todos se superponen aritméticamente a la línea neutra. Sin embargo, las ondas armónicas 6.ª, 9.ª y superiores son muy pequeñas o incluso están ausentes, por lo que no se consideran.
La corriente neutra excesiva debido a la distorsión armónica no sólo aumenta el estrés térmico en los conductores neutros sino que también exacerba el calentamiento del transformador, reduce el factor de potencia y puede interferir con equipos electrónicos sensibles. Además, plantea desafíos para los dispositivos de protección como disyuntores y fusibles, que podrían no responder adecuadamente a la forma de onda distorsionada.
Para mitigar estos efectos, se emplean varias estrategias, incluido el uso de filtros armónicos pasivos o activos para atenuar frecuencias armónicas específicas, rediseñar los sistemas de energía para minimizar la generación de armónicos y garantizar un equilibrio de carga adecuado. La implementación de estas medidas es crucial para mantener la eficiencia, confiabilidad y seguridad del sistema en presencia de cargas no lineales y desequilibrios trifásicos.
Las estrategias para abordar las corrientes neutrales excesivamente altas generalmente implican mejorar el equilibrio trifásico, implementar filtros para suprimir los armónicos, rectificar rápidamente las fallas de conexión a tierra y garantizar que el conductor neutro esté conectado correctamente y tenga suficiente capacidad.
El filtro armónico activo YTPQC tiene un diseño modular avanzado. Por lo general, YTPQC-AHF consta de uno o varios módulos AHF y una interfaz hombre-máquina LCD táctil opcional. Cada módulo AHF es un sistema de filtrado de armónicos independiente y los usuarios pueden cambiar la clasificación del sistema de filtrado de armónicos agregando o quitando módulos AHF.
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