Cómo escoger una batería de condensadores con mediciones #4

En este cuarto y último artículo veremos como determinar si debemos escoger una batería de condensadores estandard o con filtro de rechazo para evitar un fenómeno de resonancia paralelo a partir de mediciones con un analizador de redes eléctrico.


Datos necesarios

Para hacer un análisis del riesgo de resonancia necesitaremos:

  • Tasa de distorsión en tensión (THDU%) de cada registro
  • Tasa de distorsión en corriente (THDI%) y la corriente eficaz o la corriente fundamental. Todo ello para calcular la corriente residual armónica de cada registro.
  • Forma de onda y espectro de armónico
  • Cos phi
  • Potencia nominal (Sn) y tensión de cortocircuito (ucc%) del transformador, para calcular la potencia de cortocircuito (Scc)
  • Medir en diferentes condiciones de carga
  • MEdir con y sin bateria de condensadores, si existe, para observar si hay presencia de resonancia paralelo con la batería de condensadores

Cálculo de la frecuencia de resonancia

Lo primero que debemos hacer es cálcular la frecuencia de resonancia teórica del sistema.

Para ello necesitamos por un lado la potencia reactiva de la batería de condensadores que vamos a instalar o que ya tenemos, y por otro lado calcular la potencia de cortocircuito del transformador de potencia.

La potencia de cortocircuito de transformador es

Potencia cortocircuito transformador

y podemos calcular la frecuencia resonancia

formula frecuencia de resonancia

Fijaros que esta frecuencia de resonancia no es fija, sino que va ir moviéndose en el caso de

  • cambiar la potencia de cortocircuito (Scc). Por ejemplo, instalado la batería de condensadores en otro sistema o que esté trabajando sobre un grupo electrógeno, cuya potencia de cortocircuito es menor que la de la red.
  • al ir conectando/desconectando los escalones de la batería de condensadores, aportando mayor o menor potencia (Qbat). A mayor potencia, más baja va a ser la frecuencia de resonancia

Forma de onda y espectro de armónicos

El siguiente punto es observar los armónicos en corriente predominantes en la instalación, y si estos son próximos o coinciden con la frecuencia de resonancia de nuestro sistema.

En instalaciones industriales predominan los armónicos de orden 5º, 7º, 11º y 13º, mientras que en instalaciones de oficina, data centers, sistemas de alumbrado o de vehiculos eléctricos va a predominar los armónicos de orden 3º, 5º, 7º y 9º.


Causa-Efecto

Y por último vamos a analizar la relación causa-efecto por el aporte de corriente residual armónica al sistema.

Aquí va ser muy importante que tan impedante es el sistema. Podemos hablar de un sistema con poca potencia de cortocircuito como sistema «blando», y uno con mayor potencia de cortocircuito como un sistema «duro».

En toda la serie de registros obtenidos (THDU%) y calculados (corriente residual armónica) vamos a disponerlos en un gráfico de dispersión o gráfico XY para observar su relación.

grafica de dispersion armonicos electricos

En el eje de abscisas disponemos de la corriente residual armónica (Ires) y en eje de ordenadas disponemos la tasa de distrosión en tensión (THDU%).

De este diagrama de dispersión podemos obtener la recta de regresión, donde prestaremos atención a:

  • Coeficiente de determinación (R²) el cual nos indicará cuanto de preciso es nuestra correlación. Interesa que sea lo más próximo a 1. Como criterio podemos dar por válida la correlación si R² ≥ 0,8
  • Ecuación de la recta de regresión, Y = m·X+B, que traducido a nuestro sistema será THDU% = m·Ires+B.

Aquí podemos aplicar diferentes criterios ante la ecuación de la recta de regresión. Cada uno puede tener los suyos, pero los que os aconsejo son:

  • Intersección con eje de ordendas (B). Que sea inferior a un 2-3%
  • Pendiente (m). Que sea inferior a 0,003

Todo ello para prever si existe un riesgo de resonancia. Lo ideal es que la recta sea lo más plana posible y con valores de THDU% inferiores a un 2-3%

También observaremos los valores máximos del THDU%.

THDU%>3%Instalar batería de condensadores con filtro de rechazo
THDU%>5%Instalar batería de condensadores con filtro de rechazo reforzada (frecuencia de sintonia más baja de lo normal)

Estos son mi criterio. Totalmente empírico tras muchos años haciendo análisis de armónicos con baterías de condensadores.

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