What the particles do – cartography with an attitude

Standard (400V)

Premium

Ejemplo 1

Instalación con un trafo de 400 kVA con una potencia de con- densadores para compensación de 100 kvar.

Existen variadores de velocidad de 110 kVA de potencia total simultánea.

Esto nos situaría entre la línea continua y a puntos, por tanto podría instalarse una batería reforzada premium (ver página 50).

Ejemplo 2

Sea el caso del ejemplo anterior pero con 150 kvar de potencia de condensadores.

En este caso nos situamos por encima de la línea punteada y por tanto sería necesario un equipo con fi ltros de rechazo. Cabe observar que la fi gura 3.1 facilita tan solo un criterio orien- tativo para la elección del equipo más indicado. Para un cálculo más preciso recomendamos consultar a nuestro departamento técnico.

Example 1

Installation with a transformer of 400 kVA with a capacitor bank for compensation of 100 kvar.

There are ASDs of 110 kVA of simultaneous total power.

That would lead us between the continuous line and the dotted line; therefore an overrated improved capacitor bank premium (see page 50).

Example 2

We take the previous example but with 150 kvar of capacitors output.

In that case, we would be over the dotted line, and therefore an equipment with detuned fi lters would be required.

We should remark that the fi gure 3.1 only gives an elementary guide to choose the most suitable equipment. For a more accura- te calculation, we suggest to ask it to our technical department.

QC = Potencia de la batería (kvar)

ST = Potencia del transformador(kVA)

SCON = Potencia de las cargas generadoras de

armónicos (kVA)

Por debajo de la línea de trazo continuo de la figura superior es posible instalar una batería convencional con los condensadores a la tensión de red. Entre esta línea y la de puntos es conveniente recurrir a equipos Premium para que soporten mejor la posible sobrecar- ga. Por encima de la línea a puntos debe recurrirse a equipos con filtros de rechazo. Por último para valores S_CON/S_T superiores al 50% recomendamos consultar ya que puede ser conveniente otro tipo de filtros. Para S_CON / S_T  5% no cabe considerar ninguna limitación a la instalación de baterías convencionales.

QC = Capacitor bank output (kvar)

ST = Transformer power (kVA)

SCON = Power converters (kVA)

Below the continuous line of the above figure is possi- ble to install a conventional bank with capacitors at the mains voltage. Between this line and the dotted one, to install Premium capacitors banks that support a pos- sible overload is recommended. Over the dotted line, equipments with detuned filters are required. Finally, for values S_CON/S_T higher than 50%, we recommend to ask it to our technical department because another filter type may be suitable. For S_CON / S_T  5% not be considered any limitation to the installation of conventional banks.

Fig. 3.1

El gráfi co permite la elección de la batería de con- densadores adecuada en instalaciones con cargas perturbadoras (variables de velocidad c.a.).

This fi gure allows the choice of the appropriate capacitor bank facilities disturbing loads (AC variable speed).

Estándar (400V)

Standard (400V)

Premium

Es un parámetro que permite calcular el contenido de armónicos de corriente o tensión (FD o THD). La fórmula más utilizada es:

Siendo:

Xh= Valor efi caz del armónico de orden h X1= Valor efi caz de la fundamental

Así por ejemplo si se miden los siguientes armónicos en la tensión simple de red U1=230 V ; U3=3V, V5=10V y V7=2V, se calcularía:

Habitualmente el factor de distorsión no supera el 5% en instalaciones industriales. Valores superiores deberían implicar medidas de protección especialmente en lo que concierne a la batería de condensadores.

Para más detalles consultar nuestro programa de cálculo CYDESA PFC.

To calculate de harmonic distortion, the most usual expression is:

When:

Xh= Effective value of harmonics h X1= Effective value of the fundamental

Thus, for example, if the following harmonics at the mains voltage U1=230 V ; U3=3V, V5=10V y V7=2V are measured, the THD will be:

Normally, the distortion factor doesn’t overcome the 5% in indus- trial installations. Higher values should lead to introduce protec- tion measures, especially with regard to the capacitor banks. For more information, see our software CYDESA PFC.

La resonancia

Constituye un fenómeno muy conocido tanto en electricidad como en mecánica y no es otra cosa que una amplifi cación importante de una determinada magnitud.

En una instalación eléctrica en donde existe un transformador y una batería de condensadores aparece una resonancia paralelo dada por:

en donde:

ST= potencia del trafo (kVA) uk= tensión de cc. del trafo (%) Q= potencia de la batería (kvar) hr= armónico en resonancia Para el ejemplo 1 anterior suponiendo uk=5% resultaría:

es decir, el armónico en resonancia está alejado del 5º y 7º armónicos que son los más importantes. Por tanto, no deberían esperarse problemas.

Para el ejemplo 2 suponiendo así mismo uk= 5% resultaría,

frecuencia demasiado próxima al armónico característico de orden 7. Posiblemente en este caso sería conveniente instalar un equipo con fi ltros.

Como regla general la frecuencia de resonancia debe de quedar lo suficientemente alejada de los armónicos presentes en la red con valor apreciable.

The resonance

It is a well-known phenomenon, both in electricity and me- chanics, and it’s just an important amplifi cation of a certain magnitude.

In an electrical installation containing a transformer and a capaci- tor bank appears a parallel resonance given by:

where:

ST= transformer power (kVA)

uk= transformer impedance (%)

Q= capacitor bank output (kvar)

hr= harmonic in resonance

For example 1 taking the value uk=5%, it would be:

That is to say, the harmonic in resonance is far away from the 5th and the 7th harmonic, which are the most important. Therefore, we shouldn’t expect any problem.

For the example 2, taking again the value uk= 5%, it would be:

This frequency is too close to the 7th harmonic. As a result, to install an equipment with fi lters might be suitable.

As a general rule, the resonance frequency should keep so far from the mains existing harmonics.

Filtros activos

Tradicionalmente para la compensación de armónicos se han y siguen utilizándo los fi ltros pasivos compuestos por inductancias y condensadores en diversas confi guraciones. De ellas la más utilizada es el fi ltro serie L-C o fi ltro sintonizado a la frecuencia del armónico que se desea compensar. Si las car- gas perturbadoras conectadas a la red dan lugar a la inyección de un espectro amplio de armónicos, la técnica habitual es la de compensar los más signifi cativos con fi ltros sintonizados a sus respectivas frecuencias, reduciendo por tanto la distorsión armónica a valores admisibles.

Sin embargo los fi ltros pasivos presentan varios inconvenien- tes:

Al incorporar condensadores inevitablemente aportan energía reactiva capacitiva a la red que en casos de receptores sin con- sumo de energía reactiva, como sucede con los variadores de frecuencia para motores asíncronos, resulta un inconveniente. Si bien es factible la regulación automática con escalones de diversa potencia para ajustarse a compensación necesaria de armónicos, la estrategia de control resulta complicada ya que debe evitar la sobrecarga de unos escalones respecto a otros. Provocan resonancias en la red que si bien se pueden alejar de los armónicos característicos, pueden amplifi car otros armónicos imprevistos.

Su capacidad de absorción de corrientes armónicas se puede ver fácilmente superadas por las provinentes de otros puntos de la red, sobrecargando peligrosamente el fi ltro.

Su efi cacia depende de la impedancia de la red sujeta ésta a cambios imprevistos.

La variación de sus características por envejecimiento de los componentes provoca la alteración de la frecuencia de sintoni- zación y por tanto existe peligro de sobrecarga o destrucción del fi ltro.

Alguno de los problemas antes apuntados permiten solucio- nes con diseños apropiados, por ejemplo, los fi ltros pasivos ECOsine® de Shaffner que permiten compensar armónicos de los variadores de frecuencia sin riesgo de sobrecarga.

El fi ltro activo (FA), no supone ninguno de los problemas antes mencionados de los fi ltros activos pasivos. En la fi gura se aprecia la forma de operar de un fi ltro activo, inyectando a la red las corrientes armónicas seleccionadas en oposición de fase a las existentes o generadas por las cargas distorsionantes.

Traditionally to compensate harmonics are still used pas- sive fi lters consisting of reactors and capacitors in various confi gurations. Of these the most used is the series LC fi lter or fi lter tuned to the harmonic frequency to be compensated. If the loads connected to the network interference resulting in the injection of a Harmonic spectrum, the usual technique is to make the most signifi cant with fi lters tuned to their respective frequencies, thereby reducing harmonic distortion to accepta- ble values.

However passive fi lters have several drawbacks:

Incorporating inevitably capacitors provide capacitive reactive power to the grid in case of no power consumption receivers reactive, as with variable frequency drives for induction mo- tors, is a drawback.

While it is feasible automatic regulation steps to accommodate different power compensation required harmonics, the control strategy is complicated because it must avoid overloading some steps over others.

Cause resonances in the network that can while away the characteristic harmonics, can amplify other harmonics unforeseen.

Its absorption capacity of harmonic currents can easily see provinentes surpassed by other parts of the network, dange- rously overloading the fi lter.

Its effectiveness depends on the impedance of the network subject to unforeseen changes it.

The variation of characteristics due to aging of the compo- nents results in the alteration of the tuning frequency

and therefore there is the danger of overloading or destruction of the fi lter.

Some of the problems outlined above with appropriate desig- ns solutions allow, for example, passive fi lters ECOsine ® Shaffner that cancels harmonic frequency drives without risk of overcharging.

The active fi lter (AF), there is none of the above problems of passive active fi lters.

The fi gure shows how to operate a fi lter active network injec- ting harmonic currents selected in antiphase to the existing or distorting loads generated.