Principios y Clasificación de Filtros de Armónicas
1. ¿Cuál es el principio de funcionamiento de los filtros activos?
Respuesta: Consiste en una fuente controlada de corriente cuyas armónicas tienen la misma magnitud y están desfasadas 180° de las armónicas a eliminar.
2. ¿Qué es un filtro pasivo?
Respuesta: Es un filtro que se sintoniza para una armónica en especial o un rango determinado. También son conocidos como filtros en derivación. Tiene como ventaja adicional proveer de potencia reactiva al sistema para compensar el factor de potencia. Son los más utilizados debido a su bajo costo y fácil instalación, aunque en algunos casos pueden traer consigo problemas de resonancia.
3. ¿Cómo se clasifican los filtros pasivos?
Respuesta: Se clasifican como sencillos sintonizados y pasa-altas.
- Sintonizado: Es utilizado para eliminar armónicas en forma individual, generalmente las más bajas como la 3ª, 5ª y 7ª.
- Pasa-altas: Es utilizado para eliminar un rango de armónicas las cuales tienen un valor pequeño de corriente; por lo general, se emplean para eliminar desde la armónica 11 en adelante. Existen filtros pasa-altas de 1er, 2do y 3er orden, siendo el de segundo orden el más utilizado.
Características Técnicas y Diseño de Filtros
4. ¿Cuáles son las características del filtro sencillo?
Respuesta: Actúa como una impedancia muy baja a la frecuencia de sintonización y provoca picos elevados de impedancia antes de dicha frecuencia cuando está conectado al sistema.
5. ¿Qué es el factor de calidad Q?
Respuesta: Es una medida del grado de sintonización del filtro.
6. ¿Cuál es el mejor filtro?
Respuesta: Aquel que elimine adecuadamente las armónicas al menor costo, además de poder suministrar la potencia reactiva requerida por el sistema (a 60 Hz).
7. ¿Qué consideraciones se deben tener para el diseño del filtro?
Respuesta: El tamaño del banco de capacitores, considerando que la capacidad del filtro también depende de la magnitud de las corrientes armónicas, así como de la robustez del sistema donde se conectará.
Protección y Operación de Bancos de Capacitores
8. ¿Cuáles son los límites recomendables para bancos de capacitores?
Respuesta: Límites en porcentaje del valor nominal:
- Irms: 180%
- Vrms: 110%
- Vpico: 120%
- Preactiva: 135%
9. ¿Qué debe cumplir la protección con que deben contar los filtros para la eliminación de armónicas?
Respuesta: Debe proteger tanto a los capacitores y equipo del filtro como al usuario contra descargas y choques eléctricos. Deben ser seguros, ya que por el filtro circulará la corriente a frecuencia fundamental y la corriente a la frecuencia de la armónica; de igual manera sucedería con el voltaje en las terminales de dicho filtro. (Incluye protección térmica para bobinas, capacitores sobredimensionados y protección contra sobrevoltaje/corriente).
10. ¿Cuál es la secuencia de entrada y salida de los filtros sintonizados conectados al mismo bus?
Respuesta: Para entrar, deben ingresar los filtros de la frecuencia armónica más baja hasta los de la frecuencia armónica más alta. Para salir, se debe hacer en sentido contrario. Esto tiene el fin de evitar problemas de resonancia.
Impacto en la Red Eléctrica y Normatividad
11. Los valores de distorsión están definidos en % de cantidades eléctricas. ¿Para qué son muy utilizados estos valores?
Respuesta: Para conocer el grado de contaminación de las redes eléctricas.
12. ¿Cuál es el efecto de la conexión estrella-delta en los transformadores sobre las armónicas?
Respuesta: Hace que las armónicas de secuencia cero en el lado de la delta (secundario del transformador) no circulen hacia la estrella (primario del transformador).
13. ¿Qué sucede si un filtro pasivo está mal sintonizado?
Respuesta: Puede ocasionar grandes problemas, dado que a la frecuencia de sintonización la impedancia del sistema en su conjunto con el filtro tiende a ser mínima, pero justo antes de que ocurra esto, aparece una resonancia paralelo.
14. ¿Dónde se localiza el punto de acoplamiento común (PCC) en un sistema eléctrico?
Respuesta: Puede ser localizado en el lado primario o secundario del transformador, dependiendo de dónde estén conectados el resto de los usuarios.
15. ¿Qué es el TIF y cómo se obtiene?
Respuesta: El TIF (Telephone Influence Factor) es una medición de la sensibilidad entre el sistema telefónico y el oído humano a varias frecuencias. Este se obtiene de una curva llamada C-message desarrollada en los laboratorios Bell.
Compensación del Factor de Potencia y Factor K
16. Mencione el procedimiento que se debe seguir para compensar el FP en presencia de corrientes armónicas.
Respuesta: Es necesario hacer cálculos previos para verificar la posible existencia de problemas de resonancia; de ser así, el uso de filtros es requerido. Una vez calculado el banco de capacitores, se calcula la frecuencia de resonancia del sistema mediante:
Asimismo, se calcula la razón de corto circuito SCR, la cual indica el tamaño de la carga no lineal en comparación con la capacidad del sistema:
17. ¿Qué es el factor K?
Respuesta: Es una especificación que viene en los datos de placa de algunos transformadores e indica la capacidad del transformador para alimentar cargas no lineales sin exceder la temperatura de operación.
18. ¿Cuál es la tendencia en México impulsada por CFE respecto a la normativa sobre distorsión armónica?
Respuesta: Implantar el estándar IEEE-519, aunque hasta la fecha solo ha aparecido una especificación provisional CFE L0000-45, la cual se basa en dicha norma. Esta especificación entró en vigor a partir del 21 de abril de 1995.