Filtros activos para armónicos
Qué son, dónde se instalan, cómo funcionan y sus ventajas
Para saber qué son los filtros activos para armónicos, primero tenemos que saber qué son los armónicos en una red eléctrica. Estos, son perturbaciones en la frecuencia que se producen en las redes de cada instalación. Estos generan caídas en la tensión o corriente que pueden causar, tanto a corto como a largo plazo, todo tipo de problemas. Suelen ser múltiplos del valor de la fundamental de la red, habitualmente 50 o 60 Hz en la mayoría de los países.
Los armónicos, pueden ser causados por varios factores como cargas no lineales, equipos electrónicos de consumo, o problemas que provengan de la propia red eléctrica, fallos en los transformadores o cableado.
Los armónicos pueden causar una serie de problemas en una red eléctrica, incluyendo:
- Aumento de las pérdidas de energía: Las distorsiones armónicas pueden causar pérdidas adicionales de energía en las líneas eléctricas, los transformadores y/u otros equipos eléctricos.
- Distorsión de la onda de tensión: Los armónicos pueden distorsionar la forma de onda de la tensión, lo que puede provocar problemas en los equipos eléctricos.
- Sobrecalentamiento de los equipos: Las fluctuaciones armónicas pueden provocar un sobrecalentamiento de los equipos eléctricos, lo que puede acortar su vida útil.
Los armónicos se pueden medir utilizando un analizador de redes. Los resultados de la medición se pueden utilizar para identificar la existencia de armónicos y como herramienta para determinar la solución con el fin de mitigarlos.
Algunas medidas que se pueden tomar para mitigar los armónicos son:
- Eliminar las cargas no lineales: Si fuera posible, se deben eliminar las cargas no lineales de la red eléctrica.
- Utilizar filtros armónicos: Los filtros armónicos pueden eliminar o reducir los armónicos de una red eléctrica.
- Modificar los ajustes en los equipos: En algunos casos, se pueden modificar los ajustes de los equipos para reducir los niveles de armónicos.
En España, la normativa UNE-EN 50160 establece los límites para los armónicos en las redes eléctricas. Estos límites se aplican a las redes de distribución y a las redes de transmisión.
¿Qué Son Los Filtros Activos Para Armónicos?
Son equipos electrónicos de potencia que inhiben las perturbaciones armónicas de una red eléctrica mediante una señal de pulsos modulada. La inhibición es un proceso mediante el cual se elimina una señal de una señal más grande. En el caso de los filtros activos para armónicos, la señal más grande es la corriente fundamental, y la señal más pequeña es la corriente armónica.
Los filtros activos para armónicos funcionan generando una corriente armónica opuesta en cada fase, partiendo de la corriente armónica existente en la red. De esta forma, las dos corrientes se contrarrestan entre sí, dejando una corriente eléctrica de mejor calidad.
¿Dónde Se Instalan Los Filtros Activos?
Los filtros activos para armónicos se pueden instalar en diferentes lugares, en función de la fuente de mayores corrientes armónicas. Por ejemplo, se pueden instalar en:
- En la entrada de la red eléctrica de un edificio o instalación industrial. De esta forma, se eliminan las corrientes armónicas cubriendo la mayoría de las cargas. En este caso, normalmente el filtro activo deberá ser de mayor potencia y tamaño.
- En paralelo con las cargas no lineales. De esta forma, se eliminan las corrientes armónicas más próximas al punto de origen.
¿Cómo Funciona Un Filtro Activo Para Armónicos?
Un filtro activo está formado por los siguientes componentes principales:
- Análisis de la corriente eléctrica. El primer paso es analizar la corriente eléctrica de la red para identificar las corrientes armónicas presentes.
- Generación de la corriente armónica. En la segunda etapa, se inyecta en cada fase, una corriente opuesta a las corrientes armónicas existentes en la red.
- Inhibición. En la tercera etapa, se superpone la corriente armónica inyectada y la corriente armónica existente en la red. Las dos corrientes se contrarrestan entre sí, dejando una corriente eléctrica de calidad.
- Un rectificador: El rectificador convierte la corriente alterna (CA) de la red eléctrica en corriente continua (CC).
- Un inversor: El inversor convierte la corriente continua en corriente modulada en una frecuencia determinada.
- Un controlador: El controlador se encarga de calcular, medir y aplicar la cantidad necesaria de corriente de manera automática y permanente.
La corriente armónica generada por el filtro activo se suma a la corriente armónica existente en la red, pero como son iguales y opuestas, se anulan mutuamente.
Ventajas De Los Filtros Activos
Estos filtros, son una solución eficaz para eliminar las corrientes armónicas de una red eléctrica. Ofrecen una serie de ventajas que contribuyen a mejorar la calidad de la energía eléctrica, reducir el consumo de energía reactiva y prolongar la vida útil de los equipos eléctricos.
Los filtros activos para armónicos ofrecen una serie de ventajas, entre las que se destacan:
- Mejora de la calidad de la energía eléctrica: Los filtros activos para armónicos eliminan las corrientes armónicas de la red eléctrica, lo que mejora la calidad de la energía. Esto puede ayudar a reducir las pérdidas de potencia, prolongar la vida útil de los equipos eléctricos y mejorar el rendimiento de los equipos electrónicos.
- Reducción del consumo de energía reactiva: Las corrientes armónicas pueden aumentar el consumo de energía reactiva, lo que puede penalizarse por parte de las compañías eléctricas. Los filtros activos para armónicos pueden ayudar a reducir el consumo de energía reactiva, lo que puede ahorrar dinero a las empresas.
- Protección de los equipos eléctricos: Las corrientes armónicas pueden sobrecargar los equipos eléctricos, reduciendo su vida útil. Los filtros activos para armónicos pueden ayudar a proteger los equipos eléctricos de los daños causados por las corrientes armónicas.
- Reducción del ruido eléctrico: Las corrientes armónicas pueden causar ruido eléctrico, que puede ser molesto para los usuarios. Los filtros activos para armónicos pueden ayudar a reducir el ruido eléctrico, mejorando el confort de los usuarios.
En general, los filtros activos para armónicos son una solución eficaz para mejorar la calidad de la energía eléctrica y proteger los equipos eléctricos.
Los mejores filtros activos dinámicos
Los filtros activos dinámicos más avanzados, como los de Comsys, también son capaces de mitigar otras perturbaciones de la red eléctrica como la potencia reactiva, desequilibrios de la red, variaciones de tensión (caídas, pandeos, barridos, pérdidas), oscilaciones (resonancias), parpadeo, transitorios… Estos filtros son de gran utilidad ya que se adaptan continuamente a las variaciones de la red. Puedes ver nuestros filtros activos dinámicos de Comsys en el siguiente enlace:
Aplicaciones
Los filtros activos para armónicos se utilizan en una amplia gama de aplicaciones, entre las que se destacan:
- Sector Naval: Es el sector donde están más introducidos por las propias características y seguridad que suponen en cada nueva construcción o remodelación de embarcación. Las corrientes armónicas pueden causar una serie de problemas eléctricos en cualquier parte de la nave, como pérdidas de potencia, sobrecargas en los equipos eléctricos y ruido eléctrico. La normativa esta bien definida a nivel global en cuanto a niveles de armónicos permitidos. Además, la eficiencia del suministro eléctrico es de vital importancia.
- Edificios y complejos industriales: Se utilizan para mejorar la calidad de la energía eléctrica en edificios y complejos industriales. Las corrientes armónicas pueden causar una serie de problemas en estas instalaciones, como pérdidas de potencia, sobrecargas en los equipos eléctricos y ruido eléctrico. Los filtros activos para armónicos pueden ayudar a resolver estos problemas y mejorar la eficiencia y la fiabilidad de las instalaciones.
- Sistemas de iluminación LED: Para eliminar las corrientes armónicas generadas por los sistemas de iluminación LED. Los sistemas de iluminación LED pueden generar corrientes armónicas de orden 5 y 7, que pueden causar problemas en la red eléctrica. Los filtros activos para armónicos pueden ayudar a eliminar estas corrientes armónicas y mejorar la calidad de la energía eléctrica.
- Equipos electrónicos de potencia: Los filtros activos para armónicos se utilizan para eliminar las corrientes armónicas generadas por los equipos electrónicos de potencia, como los variadores de frecuencia. Los variadores de frecuencia son dispositivos que modifican la frecuencia de la corriente eléctrica, y pueden generar corrientes armónicas de orden 5, 7 y 11. Los filtros activos para armónicos pueden ayudar a eliminar estas corrientes armónicas y mejorar la calidad de la energía eléctrica.
Otras Aplicaciones
- Centros de datos: Los centros de datos requieren una alta calidad de la energía eléctrica para funcionar correctamente. Las corrientes armónicas pueden causar problemas en los centros de datos, como sobrecargas en los equipos informáticos y pérdida de datos. Los filtros activos para armónicos pueden ayudar a resolver estos problemas y mejorar la fiabilidad de los centros de datos.
- Ferrocarriles: Los ferrocarriles utilizan una variedad de equipos eléctricos, que pueden generar corrientes armónicas. Las corrientes armónicas pueden causar problemas en los ferrocarriles, como desgaste prematuro de los materiales eléctricos y problemas de comunicación. Los filtros activos para armónicos pueden ayudar a resolver estos problemas y mejorar la seguridad de los ferrocarriles.
- Hospitales: Los hospitales requieren una alta calidad de la energía eléctrica para funcionar correctamente. Las corrientes armónicas pueden causar problemas en los hospitales, como interferencias con los equipos médicos y problemas de seguridad. Los filtros activos para armónicos pueden ayudar a resolver estos problemas y mejorar la calidad de la atención médica.
La elección del tipo de filtro activo para armónicos adecuado depende de una serie de factores, como la magnitud de las corrientes armónicas, el tipo de carga que genera las corrientes armónicas y el entorno en el que se va a instalar el filtro. El suministro de ellos, se recomienda que sea supervisado siempre por personal técnico experto con un previo estudio para cada caso.
Diferencias Entre Un Filtro Activo Y Un Filtro Activo Dinámico
La principal diferencia entre un filtro activo y un filtro activo dinámico es que el filtro activo dinámico es capaz de adaptarse a cambios en la red eléctrica, mientras que el filtro activo no.
Un filtro activo tradicional utiliza un controlador para generar una corriente armónica que sea igual y opuesta a la corriente armónica existente en la red. El controlador se basa en un modelo de la red eléctrica para calcular la corriente armónica que debe generar.
Si la red eléctrica cambia, el controlador puede no ser capaz de generar la corriente armónica correcta. Esto puede provocar que los armónicos no se eliminen de forma efectiva.
Un filtro activo dinámico utiliza un controlador más avanzado que es capaz de adaptarse a cambios en la red eléctrica. El controlador utiliza sensores para medir la corriente y el voltaje de la red. Estos datos se utilizan para actualizar el modelo de la red eléctrica.
Esto permite al controlador generar la corriente armónica correcta, incluso si la red eléctrica cambia.
Otras diferencias entre los filtros activos y los filtros activos dinámicos incluyen:
- Eficiencia: Los filtros activos dinámicos suelen ser más eficientes que los filtros activos tradicionales. Esto se debe a que el controlador puede ajustar la corriente armónica generada para minimizar las pérdidas de energía.
- Coste: Los filtros activos dinámicos suelen ser más caros que los filtros activos tradicionales.
- Complejidad: Los filtros activos dinámicos son más complejos que los filtros activos tradicionales. Esto puede dificultar su instalación y mantenimiento.
En general, los filtros activos dinámicos son una mejor opción que los filtros activos tradicionales en aplicaciones donde la red eléctrica puede cambiar.
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