ANALYSIS AND RESULTS – STUDY
6.3. MEASUREMENT SCALE PREPARATION AND ANALYSIS
6.4.2. EXTENDED TECHNOLOGY ACCEPTANCE MODEL (ETAM)
En los sistemas de potencia, en sistemas trifásicos balanceados, bajo condiciones de operación balanceadas, las armónicas en cada fase tienen relaciones de fase específicas. Por ejemplo, en el caso de
la tercera armónica, las corrientes de la fase “b” estarán atrasadas con respecto a las de fase “a” por
3x120° o 360°, y aquellas en fase “c” adelantarán a la fase “a” por la misma cantidad. Por lo tanto las
terceras armónicas están en fase y aparecen como componentes de secuencia cero. Por lo tanto, en un sistema estrella aterrizada, estas armónicas fluyen en las líneas y circuitos del neutro, mientras que en un sistema en delta o sistema no aterrizado no pueden existir estas corrientes. De la misma manera en que se
68
analizó la tercera armónica, se puede encontrar que la quinta armónica es de secuencia negativa y la séptima de secuencia positiva [51].
Los sistemas “carrier” o de onda portadora, que controlan dispositivos remotos, pueden operar de manera
errónea si existen armónicas cercanas a la frecuencia del sistema “carrier”.
Las armónicas pueden resultar en saturación del núcleo en algunos transformadores de potencial, esto provocando errores. En el caso de transformadores de corriente, parece haber poca influencia en el radio de transformación. El ángulo, la potencia y la energía pueden resultar afectados. El ruido altamente audible y arqueos ocasionales en los capacitores de los transductores de voltajes se ven afectados por componentes armónicas. El ruido ocasionado por armónicas puede llevar a operaciones erróneas del sistema de control [1], [30].
Todas las distorsiones de forma de onda y desbalances de voltaje causan incrementos en los costos operativos de los motores y aumento de pérdidas en todos los componentes del sistema.
La tendencia de la corrección del factor de potencia utilizando capacitores puede resultar en una distorsión adicional, no bien apreciada del todo. Distorsión de onda y desbalance de voltaje puede resultar en incrementos en costos por uno o más de los siguientes efectos:
Reducción de la eficiencia de motores de CA Incremento en pérdidas de standby en motores
Incremento en pérdidas en transformadores, capacitores, conductores y switchgear Incremento en demandas de reactancia
Incremento en demanda de inversión del sistema Reducción de la calidad de producción
Incremento en los costos de mantenimiento Incremento en facturas de energía eléctrica
El efecto piel es un término descriptivo que contabiliza el incremento en la resistencia de CA de un conductor conforme la frecuencia aumenta. El centro de un conductor es atravesado por más líneas de flujo magnético que su superficie, por lo tanto la inductancia o reactancia del centro es mayor que la de la superficie, y menor corriente de CA fluirá por el centro. Para conductores largos la resistencia de CA incrementa más rápidamente con la frecuencia. Cuando se utilizan formas especiales para estos conductores es difícil correlacionar el efecto piel con cualquier parámetro útil.
El efecto de proximidad es de la misma naturaleza que el efecto piel. Este está basado en el hecho de que la corriente en dos conductores relacionados fluirá entre las caras transversales de los conductores inversamente con la reactancia de esa parte del área transversal.
Estos efectos causan complejidades al determinar la corriente efectiva en un conductor largo. Lecturas pico o medidores de tipo promedio no son recomendados para medir ondas distorsionadas. Estos son
69
conocidos por resultar en errores que dependen de las relaciones de fase de las armónicas. Inclusive un medidor de RMS podría no dar una lectura correcta.
Las pérdidas parásitas se pueden dividir en seis componentes como siguen:
Las pérdidas por corrientes de Eddy en el cobre del estator debido a flujos de fuga. Pérdidas en el motor y estructura debido a flujos de fuga.
El rotor de alta frecuencia y pérdidas de superficie de estator debido a zigzag flujos de fuga. Las pulsaciones de alta frecuencia y pérdidas I2R del rotor, también debido a zigzag flujos de fuga.
Las pérdidas I2R a seis veces la frecuencia debido a corrientes circulantes inducidas por el flujo de fuga del cinturón del estator.
Las pérdidas de cobre extras en motores con “skewed” slots debido a “skew leakage flux”, ver [52].
A lo largo de los años se ha monitoreado distintas plantas y claramente se demuestra que, casi sin excepción, estas plantas experimentan de 8 a 24 disturbios de calidad de energía cada año que son suficientemente significantes para impactar en la operación de las plantas [53].
Son pocas las fallas que son naturalmente simétricas. Cada falla asimétrica se muestra como un Sag en una sola fase de la línea y causa una sobrecorriente substancial que fluye al terminar un Sag. En la figura siguiente, para un Sag de entrada trifásico, el máximo valor de cualquier voltaje de línea a línea determinará a cuánto decaerá el voltaje del capacitor, y gobernará la amplitud del pico de corriente al final del Sag. Para Sags asimétricos, el rectificador se comportará como un rectificador de excitación de una sola fase con altos picos de corriente mayores que para el caso balanceado.
Figura 5. 9: Esquemático de un Rectificador Trifásico
Ya está claro que niveles significativos de corrientes de secuencia positiva y negativa se generarán, dando como resultado en torque transitorios positivos o negativos al principio y fin de un Sag. Para un Sag con suficiente voltaje residual para proveer magnetización, el motor continúa demandando altas corrientes y tiende a soportar el voltaje de línea. Al final del Sag otra gran corriente y torque transitorio ocurren. Un torque transitorio como éste puede dañar flechas y ciertos tipos de cargas. Si el Sag dura suficiente
70
tiempo, el contactor del motor se abrirá, interrumpiendo el proceso. Los Sags de voltaje pueden estresar severamente el equipo electromecánico, tal como motores y actuadores, a pesar de que se sienta que el problema debe ser contenido en términos de impacto general en una planta industrial [53]. Sobrevoltajes pueden causar efecto corona, degradación del aislamiento y rupturas.
Un área de preocupación es el efecto de distorsión de voltaje en dispositivos de protección, incluyendo el
“sparover” y recuperación de dispositivos “gapped” y calentamiento de dispositivos de estado solido [30]. Además, las armónicas han causado fallas de los componentes en filtros de línea usados en sistemas de potencia. Estudios en Inglaterra indican fallas en cables de 33 kV debido a armónicas [54], [30].
71