FERNANDEZ FICA S.A.

 

 

 

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ARMONICOS ¿Que es todo eso acerca de los armónicos ?


Un misterio esta ocurriendo hoy día en las oficinas, edificios y plantas manufactureras. Los transformadores se saturan a media carga. El conductor Neutro de un circuito equilibrado es sobrecalentado por carga excesiva. Los circuitos breakers son disparados sin razón aparente. Rápidamente los procedimiento de localización de fallas demuestran que todo esta bien. Entonces ¿ cuál es el problema ?
En una palabra - Armónicos.

Trabaje con seguridad.

Los altos voltajes y corrientes presentes en los sistemas eléctricos pueden causar daños, accidentes o muerte por golpes de corriente. Por ello haga revisar y/o modificar sus sistemas eléctricos sólo por técnicos eléctricos capacitados y de preferencia que tengan experiencia en los sistemas eléctricos que Ud. requiera.

No es posible advertirle todas las precauciones que Ud. debería tomar en cuenta cuando aplique las medidas descritas en estas recomendaciones. Pero, como mínimo Ud. debería:

*             Usar equipo de seguridad adecuado tal como : lentes de seguridad, guantes eléctricos y herramientas eléctricas (para electricistas) etc.

*             Asegurarse de desconectar los circuitos y colocar una tarjeta color rojo de advertencia para que no conectar los circuitos y asegurarse que será respetada.

*             Lea cuidadosamente y asegúrese de conocer todos los pasos a seguir contenidos en el respectivo manual antes de proceder. Tenga especial cuidado con todas las medidas de seguridad contenidas en el manual.

Este apunte es una guía general para comprender los armónicos. No es nuestra intención substituir los servicios d un técnico electricista. Antes de tomar medidas para diagnosticar o ubicar problemas potenciales de armónicos se le recomienda que recurra a un profesional.

Este apunte no pretende ser una guía de teoría eléctrica. Se presume que es de utilidad sólo para personas con conocimientos de electricidad y/o electrónica.


Las nuevas tecnologías introducen nuevos cambios

Los armónicos son el resultado de la electrónica moderna. Están presentes donde hay gran número de computadores personales, variadores de velocidad y todo tipo de equipos que usan corriente eléctrica en  pulsos de corrientes.

Estos equipos están diseñado para requerir corriente durante una porción controlada de tiempo de la onda de voltaje de entrada. Mientras esta dramática mejora de eficiencia, es causa de armónicos en la corriente de carga. Y esto causa sobrecalentamiento de transformadores , neutros, y disparo de circuitos disyuntores (breakers).

Si Ud. a prestado atención al sonido de una línea de 50 ciclos habrá escuchado un sonido monótono. Cuando los armónicos están presentes, Ud. escucha un tono diferente, rico en  notas altas.
Este  problema es mucho más notorio cuando puede ver la forma de onda eléctrica. Un voltaje de línea normal de 50 ciclos aparece en el osciloscopio como una onda seno (fig. 1). Cuando hay armónicos presentes , la forma de onda aparece distorsionada (fig. 2A & 2B). Estas ondas son descritas como No-senosoidal. La forma de onda del voltaje y corriente no son fáciles de describir, se usa el termino “No-Lineal”.
                

 

Buscando las raíces del problema

Hallar el problema es relativamente fácil una vez  que Ud. sabe que buscar y donde mirar. Los síntomas de los armónicos son usualmente muchos pero sutil. Este apunte le dará algunas indicaciones básicas de como hallar armónicos y unas sugerencias de medios para localizarlos. Se sugiere que llame a un especialista que analice sus problemas y le de los pasos a seguir para su situación especifica.

 

FUENTES DE ARMÓNICOS

Definiendo el problema

Los armónicos son corrientes o voltajes con frecuencias que son múltiples enteros de la frecuencia fundamental. Por ejemplo si la frecuencia fundamental es 50 Hz, entonces la segunda armónica es 100 Hz, la tercera es 150 Hz, etc.

Los armónicos son creados por cargas no lineales que despliegan pulsos abruptos de corrientes en lugar de una sinusoidal. Estos pulsos causan distorsión en la forma de onda de corriente la cual en el retorno causa armónicos de corriente por flujo en otras partes del sistema de potencia.

La historia por dentro

Este fenómeno ocurre de preferencia en equipos que tienen la dupla diodo-condensador en la entrada de la fuente de poder, por ejemplo, computadores personales, impresoras y equipos médicos.
Eléctricamente lo que ocurre es un aumento del voltaje de A.C. la cual es rectificada por el diodo y es usada para cargar el condensador. Después de unos ciclos, el condensador es cargado al voltaje pico. El equipo electrónico envía un alto voltaje de C.C. al resto del circuito de potencia.

El equipo puede funcionar dentro de un limite regulado de corriente. Comúnmente, antes de alcanzar este límite, el condensador es recargado al pico en el próximo medio ciclo de la onda sinusoidal. Este proceso es repetido una y otra vez. El condensador básicamente envía un pulso de corriente solamente durante el pico de la onda. Durante el resto de la onda, cuando el voltaje es menor al voltaje residual del condensador, el condensador no envía corriente.

Las fuentes de poder de diodo/condensador dentro de las oficinas son comúnmente cargas monofásicas no-lineales. En plantas industriales la mas común causa de armónicos de corrientes son cargas trifásicas no-lineales las cuales incluye controladores de motores, y fuentes de poder ininterrumpidas (UPS sin corrector de factor de potencia).


Voltajes armónicos . Las líneas de poder, en si mismas pueden ser una causa indirecta de voltajes armónicos.

La corriente de armónica para cargas no lineales actúa bajo las relaciones de la ley de Ohm para la impedancia de los transformadores de las fuentes de Poder que producen voltajes armónicos. La fuente de impedancia incluye el transformador de la fuente de poder y los circuitos componentes de las ramas por ejemplo, una corriente de armónica de 10 A desde una línea de impedancia de 0.1 Ohm puede generar un Voltaje armónico de 1.0 V.

Alguna carga, un transformador o una rama del circuito con  carga de armónicos pueden ser afectado por la generación de voltaje armónico.

El computador personal puede ser afectado por voltaje armónico . EL desempeño de la fuentes de poder con diodo/ condensador  es extremamente dependiente en la magnitud del voltaje de la pico. Armónicos de voltaje pueden causar "achatamiento" de la forma de onda del voltaje amenazando el voltaje de pico (ver fig.. 2B). En casos severos la computadora se reunificaría debido a un voltaje de pico insuficiente.

En el desarrollo industrial, el motor de inducción y el condensador de corrección del factor de potencia puede también ser gravemente dañado por el voltaje armónico.

El condensador de corrección del factor de potencia puede formar un circuito resonante con partes inductivas del sistema de distribución de potencia. Si la frecuencia resonante esta cercana al voltaje armónico, la corriente armónica resultante puede incrementarse substancialmente, sobrecargando el condensador  y explotando los fusibles del condensador. Afortunadamente, la falla del condensador paraliza el circuito y la resonancia desaparece.


EFECTOS DE LA CORRIENTE DE ARMÓNICO

En oficinas, edificios y plantas - los armónicos están en aumento
Síntomas de armónicos usualmente están aguas arriba, en el equipo de distribución de potencia que apoya las cargas no-lineales.
Estas son dos tipos básicos de cargas No-lineal- Monofásicas, y Trifásicas.
Cargas no-lineales monofásicas son comunes en oficinas, mientras que las cargas trifásicas se encuentra en plantas industriales.
Cada componente del sistema de distribución de potencia manifiesta los efectos de los armónicos con pequeñas diferencias. Provocando daño y funcionamiento ineficaz.

    
Conductor neutro

En un sistema trifásico, 4 líneas, el conductor neutro puede ser severamente afectado por cargas no-lineales conectadas a los circuitos de 220 V . Bajo condiciones normales para una carga lineal equilibrada, la fundamental de 50 Hz. parte de la corriente de fase se cancelara en el conductor neutro.

En sistemas de 4 líneas con carga monofásica no-lineal, ciertas armónicas impares llamadas tripletas - múltiplos impares de la tercera armónica : 3, 9, 15 etc. - no son canceladas, pero se agregan en el conductor neutro. El daño aquí es el excesivo sobre calentamiento porque no hay circuito de protección (breaker) en el conductor neutro que limite la corriente, como hay en los conductores de las fases.

Excesiva corriente en el conductor neutro puede también causar alto voltaje entre el conductor neutro y tierra en las tomas de 220 V.

Circuitos de protección (breakers)

Comúnmente los circuitos termo - magnéticos usan un mecanismo de disparo bimetálico con respuesta al efecto del calentamiento del circuito. Están diseñados para responder al valor rms verdadero de la forma de onda de corriente y por lo tanto disparara  cuando tengan demasiado calor. Este tipo de protección es mejor para proteger  sobrecarga de corriente de armónico.

Un pico percibido, el circuito electrónico de disparo del disyuntor (breaker) responde al pico de la forma de onda de la corriente. Como resultado responde apropiadamente  a las corrientes de armónicos. Siendo el pico de la corriente de armónico normalmente alta este tipo de circuito de protección (breaker) son disparados prematuramente con una baja corriente Si el pico es más bajo que lo normal el breaker dejaría de disparar cuando debe.

Barras de conexión y conectores.

Las barras del neutro y los conectores son dimensionados para el valor total de la corriente de fase. Pueden llegar a ser sobrecargado cuando el conductor neutro es sobrecargado con la suma adicional de las tripletas armónicas.

Tableros eléctricos

Los armónicos en tableros eléctricos  pueden tener un tono vivo. Los tableros son diseñados para corriente de 50 Hz y puedan llegar a tener resonancia mecánica por los campos magnéticos generado por las corrientes armónicas de alta frecuencia. Cuando esto pasa, el panel vibra y emite un zumbido de la frecuencia armónica.

Telecomunicaciones

Los sistemas de comunicaciones a menudo dan la primera pista a un problema de armónicos.
Los cables de comunicación están comúnmente a la derecha próximo a los cables de potencia. Para minimizar la interferencia inductiva desde la corriente de fase, los cables de comunicación están encerrados por un cable neutro. Las  tripletas en el conductor neutro comúnmente causa interferencia inductiva la cual puede ser escuchado en una línea telefónica.
Esta es la primera indicación de problemas de armónicos y le da el comienzo para descubrir el problema antes de causar mayor daño


Transformadores

Los edificios comerciales comúnmente tienen un transformador 380/220 volt en configuración delta-estrella. Cargas monofásicas no-lineales conectadas a las fases producen triples armónicos las cuales se suman algebraicamente sobre el neutro. Cuando esta corriente de neutro retorna al transformador esta es reflejada dentro del devanado primario delta donde esta circula y causa sobrecalentaminto y falla del transformador.

Otro problema del transformador resulta en perdidas en el núcleo y perdidas en el cobre. Los transformadores son normalmente evaluados para una corriente de fase de 50 Hz. solamente.
Corrientes de armónicos de alta frecuencia causan aumentó pérdida en el núcleo debido corrientes parásitas (eddy) e hysterisis, resultando en mas calentamiento que el que ocurriría con la misma corriente de 50 Hz presente.
Estos efectos de calentamiento demandan que los transformadores deben ser derrateados para cargas armónicas o reemplazados con transformadores de diseño especial.

Generadores

Generadores están sujetos a los mismos pequeños problemas de sobretemperatura como los transformadores. Porque estos producen respaldo de emergencia para  cargas que producen armónicos tal como los equipos de procesamiento de datos que a menudo son mas vulnerables. En suma  el sobrecalentamiento, ciertos tipos de armónicos producen distorsión en el cruce por cero de la forma de onda de corriente la cual causa interferencia e inestabilidad para el circuito de control del generador.

Clasificación de los Armónicos

 

Cada armónico tiene un nombre, frecuencia y secuencia. La secuencia se refiere al fasor de rotación con respecto a la fundamental (F), por ejemplo, en un motor de inducción, una secuencia positiva de armónica generara un campo magnético que rotara en la misma dirección  de la fundamental. Una secuencia de armónica negativa rotara en la dirección inversa. Las primeras nueve armónicas con sus efectos son listadas a continuación :

Nombre

F

2da.*

3ra.

4ta.*

5ta.

6ta.*

7ma.

8va.*

9na.

Frecuencia

50

100

150

200

250

300

350

400

450

Secuencia

+

-

0

+

-

0

+

-

0

* Armónicas pares desaparecen cuando las ondas son simétricas (típicos en circuitos eléctricos).

Secuencia

Rotación

Efectos (desde efecto borde,corrientes parásitas, etc.)

Positiva

Hacia adelante

Calentamiento de conductores, circuitos breakers, etc.

Negativa

Reversa

Sobrecalentamiento + problemas del motor

Cero

Ninguna

Calentamiento, + adición en el neutro de un sistema de 3 fases, 4 líneas.

** Secuencia de armónicas cero (múltiples impares de la 3ra.) son llamadas “Tripletas” (3ra.,9na., 15va., 21va., etc).        

  


ENCONTRANDO ARMÓNICOS

Estudio de la situación.

Una inspección a los armónicos le dará una buena idea si tiene o no un problema de armónicos y donde se localiza. Aquí Ud. tiene algunos indicaciones a seguir.

1. Inventariar las cargas- Haga un trabajo inspectivo y tome nota de los tipos de equipos en uso. Si Ud. tiene muchos computadores personales e impresoras, controladores de velocidad de motores, controles térmicos de estado sólido y ciertos tipos de luz fluorescente, esto es un buen indicio de que los armónicos están presentes.

2. Medir la temperatura del transformador - Localice los transformadores que alimentan las cargas no-lineales compruebe el calentamiento excesivo. También asegúrese que las aberturas de ventilación no se encuentran obstruidas.

3. Corriente en el secundario del transformador - Use un instrumento true-rms para medir la corriente del transformador.

* Verifique que el instrumento de prueba este en la escala adecuada para el comienzo de la prueba.

* Mida y registre las corrientes del transformación secundario de cada fase y del neutro (si es usado).

* Calcule los KVA requeridos por la carga y compare con el valor de placa. Nota : Si las corrientes de armónicos están presentes, el transformador puede sobrecalentarse aun si los KVA requeridos sean menor que el valor de placa.

* Si el secundario del transformador es un sistema de 4 líneas, compare la medida de la corriente del neutro con el valor de las corrientes de la fase. (La corriente del neutro es la suma vectorial de las corrientes de fase  y es normalmente cero si las corrientes de fase están equilibradas en amplitud y fase). Si la corriente del neutro es inexplicablemente excesiva, probablemente son las armónicas triples y el transformador necesita ser derrateado.

* Mida la frecuencia de la corriente del neutro. 150 Hz. es una lectura típica para la corriente del neutro consistiendo principalmente de la 3ra armónica.

4. Mida la corriente del neutro en el sub-tablero- Estudie los sub-tableros que alimentan las cargas que generan armónicas. Mida la corriente en cada rama del neutro y compare el valor medido con la capacidad del cable usado. Chequee la barra del neutro y conexiones del alimentador en atención a calentamiento o decoloración. Un termógrafo infrarrojo es comúnmente usado para detectar excesivo sobrecalentamiento en las barras y conectores.

5. Mida el voltaje Neutro-Tierra de la toma - Sobrecarga en el neutro puede al mismo tiempo ser detectado por la medida del voltaje neutro tierra en la toma. Mida el voltaje cuando la carga este encendida . Dos volt o menos es aceptado como normal. Mayor voltaje puede indicar problemas de la longitud del tendido, calidad de conexión, etc. Mida la frecuencia. 150 Hz demostrara la presencia  de armónicos. 50 Hz sugiere que las fases están desequilibradas.
Ponga especial atención a los tableros de oficinas que están cableados usando en la instalación eléctrica un neutro compartido por los tres conductores fase. Porque la carga típica en estas dos áreas son computadores y maquinas de oficina estas a menudo sobrecargan el neutro.

En busca de Armónicos

Se dará un método sencillo para determinar la existencia de distorsión armónica causada por cargas monofásicas no-lineales en los circuitos de entrada.

Hacer dos mediciones separadas de corrientes:

1. Usando una tenaza de respuesta average (valor medio) o un medidor con tenaza, por ejemplo Fluke 27 y 80I-600.

2. Usando un medidor de tenaza de respuesta true-rms, como es el Fluke 31 o el 33, o un medidor true-rms con una tenaza, por ejemplo. Fluke 87 y el 80I-600.

Divida el resultado de la primera medición por la segunda medición. Este resultado nos da la Razón A/R . Una razón de 1.0 indicara una pequeña o nula distorsión armónica. Una razón de 0.50 indicara una sustancial distorsión armónica.

El método de la razón A/R no sustituye un análisis armónico, pero es una vía práctica para determinar la existencia del problema, en un circuito monofásico. Una vez que Ud. conoce la existencia de armónicos, puede utilizar un analizador de armónicos para determinar la magnitud del problema.

  



HERRAMIENTAS DE DIAGNOSTICO

 

Medidores true-rms.

Tener las herramientas apropiadas es crucial para un diagnostico de problemas de armónico. El tipo de equipo que use varia con la complejidad de las medidas que Ud. necesita.

Para determinar si tiene un problema de armónicos Ud. necesita la medida del valor true-rms y el valor del pico instantáneo de la forma de onda . Para esto Ud. necesita un medidor de tenaza de lectura true-rms (fluke de la serie 30), o un multimetro digital que tome medidas true-rms y que tenga un circuito de retención de pico de alta velocidad (1ms)( como el fluke 87).

Obtener la medición correcta.

“True-rms” se refiere a la raíz cuadratica media, o equivalente al valor de la forma de onda de la corriente o voltaje. “True” distingue a las mediciones tomadas por medidores de “respuesta average”. La gran mayoría de los medidores de tenazas de bajo costo son de respuesta averange. Estos instrumentos entregan una lectura correcta para una onda senusoidal pura solamente, y leerán bajo cuando estén en presencia de una onda de corriente distorsionada. El resultado es una lectura que puede ser sobre un 50% por debajo.

Medidores True-Rms  entregan correctas lecturas para cualquier forma de onda dentro de las especificaciones de factor de cresta y ancho de banda del instrumento.

¿Conoce Ud. el factor de cresta ?

El factor de cresta de una forma de onda, es la razón entre el valor pico y el valor rms. Para una onda senoidal , el factor de cresta es 1.414. Un medidor true-rms tendrá una especificación  del factor de cresta. Esta especificación relaciona el nivel de pico que puede ser medido sin error.

La calidad manejada por un multimetro digital true-rms tiene un factor de cresta de 3.0 a escala completa. Esto es mas que adecuado para la mayoría de las distribuciones de potencia. A media escala el factor de cresta es el doble . Por ejemplo, en el rango AC de 400 volt, el fluke 87 una especificación de factor de cresta de 3.0 cuando mide 400 V ac, y un factor de cresta de 6.0 cuando mide 200 V ac.

Nota :  La mayoría de los instrumentos true-rms no pueden ser usados para señales inferiores al 5 %  de la escala, debido al problema del ruido en la medida. Use un rango mas bajo si esta disponible.

Usando un medidor true-rms con función “Pico”- como el fluke 87- o una función “Crest”- como el fluke 33- el factor de cresta puede ser fácilmente calculado. Un factor de cresta sobre 1.414 indica la presencia de armónicos. En típicos casos monofásicos, el factor es mayormente diferente a 1.414, lo que indica que el contenido armónico es alto. Para voltajes armónicos, el típico factor de cresta esta bajo 1.414. Para corrientes monofásicas , el típico factor de cresta esta muy sobre 1.414. La forma de onda de corriente trifásica presenta a menudo una “doble cresta” como lo muestra la  Figura 3B, por eso el método de la comparación del factor de cresta no debe ser utilizado a corrientes de carga trifásicas.

Después de que ha determinado que los armónicos están presente, puede hacer un análisis más en profundidad de la situación con un analizador de armónicos.


SOLUCIONANDO EL PROBLEMA

Las siguientes son unas sugerencias de maneras de orientar algunos típicos problemas de los armónicos. Antes de tomar algunas mediciones Ud. puede llamar a un experto en análisis de calidad de energía para que analice el problema y diseñe un plan para su situación específica.

En sobrecarga del neutro

En sistema trifásico 4 líneas , la parte de la corriente de neutro de 50 Hz. puede ser minimizada equilibrando las cargas en cada fase. La corriente de triples armónicos del neutro puede ser reducido con la instalación de un filtro de armónicos en la carga. Si ninguna de estas soluciones son prácticas, Ud. puede arrancar un neutro extra.-idealmente un neutro por cada fase. O Ud. puede instalar un neutro sobredimensionado distribuido para las tres fases.

En construcciones nuevas , el cableado será especificado con neutros individuales y posiblemente una tierra aislada separada de la tierra de seguridad (Referencias FIPS Pub 94, Guideline on Electrical Power for ADP Installations, * and 1990 NEC Article 250-74 exception No. 4)

Derrateo del Transformador

Una vía para proteger el transformador de los armónicos es limitar la cantidad de carga colocada  en el. Esto es llamado “derrateo” del transformador. El más riguroso método de derrateo esta descrito en ANSI/IEEE standard C57.110-1986. Este método es un poco impráctico porque se requiere excesiva perdida de información de los fabricantes de transformadores más un completo espectro de armónicos de la corriente de carga.

La Computer & Business Equipment Manufacturers Association (CBEMA), recientemente recomendó un segundo método que involucra varias mediciones que Ud. puede tomar con un equipo de prueba apropiado. Parece dar resultados razonables para un transformador 380/ 220 que tiene presente armónicos impares de baja frecuencia (3ra, 5ta, 7ma) comúnmente generados por computadores y maquinas de oficinas conectadas desde circuitos monofásicos.

Los equipos de prueba deben ser capaces de tomar el valor de corriente rms por fase, y el pico de corriente de fase para cada fase del secundario.

 

 

 



CASO DE ESTUDIO

Situación :

Un moderno edificio de oficinas dedicado principalmente al desarrollo de software para computadores contienen un gran número de computadores personales y otros equipos electrónicos de oficina. Estas cargas electrónicas alimentadas por un transformador 380/220 V configurado con el primario en delta y el secundario en estrella. Los PC’s  estaban distribuido por todas partes del edificio, excepto para una sala que contiene diferentes maquinas. Los PC’s en esta sala, usados exclusivamente para prueba, están siendo alimentados por varios circuitos.

Factor de Derrateo

Para determinar el factor de derrateo del transformador, tome el valor pico y true-rms de la corriente de las tres fases. Si las fases no están equilibradas, Tome el valor promedio e introdúzcalo en la formula indicada a continuación :

THDF    =             Factor de Derrateo Armónico del Transformador
=             (1.414)(Corriente de fase true-rms) 
(Pico de Corriente Instantánea por Fase)

Esta formula genera un valor entre 0 y 1.0, típicamente entre 0.5 y 0.9. Si las corrientes en las fases son puramente senosoidales (sin distorsión) el pico instantáneo es 1.414 veces el valor true-rms y al factor de derrateo es 1.0. Si este es el caso el derrateo no es requerido.

Sin embargo, con armónicos presentes el valor del transformador es el producto del valor de placa en kVA por el valor del THDF.
kVA derrateado = (THDF) x (kVA de Placa)
por ejemplo : Un transformador 380/220 Delta-Estrella de  225 kVA:

Donde las Corrientes de Carga

Conductor

Medición de Corriente

Pico de Corriente

medidas con un Fluke Mod. 87 y

true-rms

Instantánea

una punta de corriente 80i-600

1

410 Amp.

804 Amp.

entregaron el siguiente resultado :

2

445 Amp.

892 Amp.

 

3

435 Amp.

828 Amp.

Corriente de fase promedio              =             410 + 445 + 435  =             430 Amp.
3

Corriente de Pico promedio              =             804 + 892 + 828  =             841 Amp.
3

THDF                                                   =             (1.414) x (430)    =             72.3 %
841
El resultado indica que con los niveles de armónicas  presentes el transformador deberá ser derrateado en un 72.3% de su valor para prevenir sobrecalentamiento.


El transformador y el conmutador principal se localiza en la planta baja en un sala eléctrica. La inspección de esta sala reveló inmediatamente dos síntomas de alta corriente de armónico:

* El transformador genera una sustancial cantidad de calor.

* El tablero principal emite un zumbido. El sonido no tiene la característica comúnmente asociada con una falla en un circuito breaker, pero al contrario un agudo susurro resonante el cual indica que una parte mecánica del tablero esta vibrando.

El ducto instalado directamente sobre el transformador se lleva el exceso de calor  guardando la temperatura de la sala a limites razonables.
Definiendo el problema :

Transformador - Corrientes medidas (ver tabla 1) tomadas en el neutro y en cada fase del secundario del transformador usando un multimetro true-rms y uno de respuesta averange. Una tenaza de corriente de 600 A. se conecto a cada línea del transformador y tomo la lectura de las corrientes. Las formas de onda de la corriente son mostradas en las figuras 4 y 5.

Tabla Nº 1

CONDUCTOR

MULTIMETRO

MULTIMETRO DE

PICO DE CORRIENTE

TRUE-RMS

RESP. AVERANGE

INSTANTANEA

 

(Amps.)

(Amps.)

(Amps.)

Fase 1

410

328

804

Fase 2

445

346

892

Fase 3

435

355

828

Neutro

548

537

762

La presencia de armónicos a sido obvia por comparación de las corrientes de fase y la corriente del neutro medidas. Como la tabla uno muestra , la corriente del neutro es substancialmente mas alta que cada una de las corrientes de fase, aunque las corrientes de fase están relativamente equilibradas. Los medidores de respuesta averange consecuentemente muestran lecturas aproximadamente  20 % por debajo  en todas las fases. En la corriente de neutro la lectura es solamente 2 % baja.

La forma de onda explica la discrepancia . Las corrientes de fase están malamente distorsionadas por gran cantidad de corriente de tercera armónica, mientras la corriente de neutro esta cerca de una onda senoidal pura con una frecuencia de tercera armónica. Las corrientes de fase leídas listadas en Tabla 1 demuestra claramente por que un instrumento true-rms es requerido para determinar exactamente el valor de las corrientes de armónico.

El siguiente paso es calcular el “factor  de derrateo armónico de transformador” o T.H.D.F.

El resultado indica que, con el nivel de armónicos presente, el transformador será derrateado en 72.3% del valor de placa para prevenir sobrecalentamiento. En este caso el transformador cuyo Potencia original de placa es 225 kVA ,  deberá ser derrateado a 162.7 KVA.
La actual  carga ha sido calculada para 151.3 KVA. Aunque esa cifra era lejos menos que el dato de placa, el transformador operaba cerca de su capacidad derrateada.

Sub-tableros- Próximo a un sub-tablero de suministro se examinaron los circuitos distribuidos de 220V . Las corrientes en cada conductor neutro están medidas y registradas (Tabla 2.)

Cuando un conductor esta excesivamente sobrecargado siendo identificado, asociando la corriente de la fase y el neutro, también se midió el voltaje del neutro a tierra de la toma. Cuando uno mide el neutro Nº 6 manifiesta 15 amperes en un conductor para 16 Amp., las corrientes de los circuitos ( Nº 25, Nº 27, y Nº 29), se medieron esos circuitos (Tabla 3).

Cabe señalar que las corrientes de fases  de estos circuitos son sustancialmente menores que 15 Amp., y también el mismo conductor fase, tiene una significativa caída de voltaje neutro-tierra.

En los circuitos de la rama que tenían neutro alto presente, la relación entre el neutro y las corrientes de la fase era similar al secundario del transformador. El neutro presente estaba más alto que cualquier de las corrientes de las fases asociadas. El peligro aquí está que los conductores neutros podrían llegar a ser cargados excesivamente y no presentar signos de advertencia como el disparo de circuitos de protección (breakers).

Tabla Nº 2                                         Tabla Nº 3.

N° del Conductor

Corriente

 

Circuito

Corrientes de Fase

Caida de Voltaje

Neutro

(Amps.)

 

Numero

(Amps.)

Neutro-Tierra

1

5

 

25

7,8

3,75 V.

2

11,3

 

27

9,7

4,00 V.

3

5

 

29

13,5

8,05 V.

4

13,1

 

 

 

 

5

12,4

 

 

 

 

6

15

 

 

 

 

7

1,8

 

Recomendaciones

 

 

8

11,7

 

1. Abstenerse de agregar cargas adicionales al transformador

9

4,5

 

a  menos que reduzca el nivel de armónicos presente

10

11,8

 

2. Agregar un neutro extra a los circuitos de las ramas que se

11

9,6

 

cargan fuertemente

12

11,5

 

3.  Mida las corrientes de la carga regularmente usando

13

11,3

 

instrumental que mida valores true-rms.

14

6,7

 

 

 

 

15

7

 

 

 

 

16

2,3

 

 

 

 

17

2,6

 

 

 

 

* Conductor neutro Nº 6 es com-partido por los circuitos 25, 17 y 29

 

 

 

 

 


 

 


 

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