Armónicos y Generación de Reactiva (Valoración de 5.00 sobre 5, resultante de 1 votos)

Contactores, controladores, sistemas DCS, PLC, HMI, motores, controladores de motores, variadores de velocidad, convertidores, motores de arranque, servos y unidades, steppers y duros, unidades lineales, interruptores, pulsadores, luces indicadoras, potenciómetros, los dispositivos de E/S , relés, secuenciadores, sistemas de reconocimiento y dispositivos de proximidad.
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#345499
Hola a todos,

He buscado por el foro ayuda ya publicada sobre el tema que quiero plantear, pero sinceramente nada se ajusta a la situación concreta que tengo entre manos. Por el foro e habla mucho de armónicos y reactiva, pero no desde el punto de vista que personalmente me produce la duda.

El hecho es que con motivo de una instalación solar de autoconsumo hace poco instalamos en un instituto un contador bidireccional marca ZIV, de lectura en los 4 cuadrantes. Endesa nos envió poco después un mensaje de advertencia indicándonos que se estaban obteniendo lecturas de energía reactiva en el tercer y cuarto cuadrantes, es decir, que la instalación de consumo, lejos de ser inductiva y consumir reactiva, se está comportando como un receptor capacitivo (digamos, “generando reactiva y vertiéndola a la red”), lo cual está prohibido por el reglamento de Baja Tensión (bajo el concepto de instalaciones sobrecompensadas).
La instalación es pequeñita (a penas 45 kW contratados) y no tiene mucha complejidad.

Lo anterior sucede incluso teniendo en cuenta lo siguiente:

- La instalación de producción (fotovoltaica de autoconsumo) no tiene nada que ver. Parece participar en la generación de armónicos, pero no en la generación de reactiva capacitiva.
- No existe ninguna batería de condensadores instalada. Para encontrar condensadores (los únicos que creo que podrían “generar” esa reactiva que vemos) nos tendríamos que ir a la iluminación (condesadores de 7 microfaradios), a un SAI de 3kVAs que hay instalado para el sistema de alarmas, y alguna máquina de taller de pequeña potencia. Tal vez los haya también en el aire acondicionado o en los congeladores, pero en estos momentos confieso que lo desconozco.
- El máximo valor instantáneo suele oscilar de día entre los 7'5 y 10 kVArC (capacitivos), y de noche está alrededor de los 5 kVArC.
- He llegado a pensar que podría haber alguna instalación (empresa) en las proximidades que esté demandando mucha reactiva y el instituto se la esté proporcionando de alguna manera, pero no sé si esto puede ser algo descabellado.
- He pensado que pudiera ser una alta densidad de armónicos, dada la presencia de varias clases con ordenadores y luminarias con reactancias eléctricas y electrónicas indistintamente, que provocarían resonancia y por tanto un funcionamiento sobrecargado de los condensadores de todo el instituto, pero me confunde que suceda tanto de día como de noche de forma independiente a si los ordenadores y las luces están o no en marcha.
- He considerado que la red de la zona tenga algún problema y sea por motivos externos de la compañía (Endesa) más que de la instalación interior.
- El colegio que hay justo al lado también tiene lecturas de reactiva en el 4º cuadrante, pero no tan magnificadas como en esta instalación.
- He hablado con el Colegio de Ingenieros y dicen no tener conocimiento de una situación parecida.
- He hablado con el fabricante del contador (ZIV, modelo 5CTD), y dicen no tener ni idea de lo que pueda pasar.
- He considerado la posibilidad de que haya algo mal instalado que esté excitando a toda la instalación y provocando ese comportamiento, pero soy incapaz de imaginarme qué pueda ser ni de encontrarlo.

Después de haber buscado el culpable de la generación de reactiva hemos llegado a la conclusión de que no es un culpable concreto. Parece estar "disperso" por dentro de la instalación.
Hace unos días dejamos un analizador marca HT durante una semana, y los resultados pueden ser interpretados de dos maneras: o no instalamos bien en analizador, o el análisis es demoledor (me inclino más por la segunda opción).
La instalación presenta unos armónicos elevados. El THD es casi permanentemente superior al 20%, la mayor parte del tiempo superior al 30%, muy frecuentemente superior al 40%, y muchas veces superior al 50%, llegando también en muchas ocasiones al 80% - 95%. Los armónicos a los que me refiero son en corriente. Los armónicos en tensión están por debajo del 5%, luego son valores buenos. En este punto yo supongo que los convertidores estáticos monofásicos son los que provocan dicha densidad de armónicos (iluminación, ordenadores, racks), aun siendo cada uno de muy poca potencia, ya que supongo que dará igual para un instrumento registrador en cabecera tener un generador de armónicos grande que tener muchos pequeños.
Me llamó mucho la atención una Reactiva Capacitiva casi permanente, de día y de noche. Ocasionalmente aparecía una Reactiva Inductiva coexistiendo con la Capacitiva, lo cual me deja totalmente perplejo y acaba con mis conocimientos sobre electricidad (por hacer el símil hidráulico: me da la impresión de que este hecho es como asegurar que en un mismo tramo de tubería hay dos flujos de agua, uno en un sentido y el otro en sentido contrario... es absurdo!).

He tratado de investigar y documentarme con el poco conocimiento que tengo sobre el tema, pero no consigo encontrar documentación, informes, tesis... nada que vincule de forma indiscutible a los armónicos con la reactiva generada (parece que muchos lo piensas pero nadie se atreve a decirlo abiertamente).
Personalmente podría llegar a entender que la distorsión provocada por los armónicos provoca una peor calidad de la onda y de ahí un factor de potencia malo (la famosa diferencia entre coseno de fi y factor de potencia), provocando la aparición de una "Falsa Reactiva". Pero lo que entiendo de este razonamiento es la aparición de una Falsa Reactiva Inductiva, y no Capacitiva, como es el caso. Puede que la diferencia consiste en saber si los armónicos registrados lo son importados o exportados, pero tampoco estoy seguro de que haya una relación directa entre armónicos importados para lectura inductiva, y exportados para lectura capacitiva.

A modo de conclusión, mis sospechas son las siguientes:
La instalación genera armónicos por culpa de la suma de todos los convertidores. Dichos armónicos distorsionan la onda haciendo que el contador interprete una presencia de reactiva capacitiva, pero sin existir ésta de verdad (esto a mi modo de ver explicaría que en ocasiones, si una bomba se pone en marcha, coexistan ambos registros, capacitivos e inductivos).

Por tanto tengo dos posibles soluciones:
- instalar un filtro activo en cabecera de la instalación para atacar directamente a los armónicos, o
- instalar una reactancia de valor fija también en cabecera para compensar la capacitiva que se obtiene.

En el segundo caso (el de instalar una reactancia), instalaría la reactancia de valor fijo e inmediatamente aguasarriba instalaría una batería de condensadores escalonada. Mi idea es que la reactancia absorba toda la capacitiva que "emite" la instalación de consumo, y como es variable acabará compensándose con la batería de condensadores inmediatamente aguasarriba. Esto es como un filtro activo, pero en lugar de instalar la reactancia en serie con la batería los instalo en paralelo, con la precaución de que no entren en resonancia. No sé si os parece una locura.

Por último, en caso de instalar la reactancia, ¿conecto los 3 secundarios al neutro o a tierra?

Me da miedo no dar en el clavo e incurrir al cliente en un coste inútil. De ahí que os consulte para conocer vuestra opinión. Mis grandes dudas son:

- Que la evolución temporal (minuto a minuto) de la THD y la Capacitiva no van exactamente a la par. Alguna vez una crece y la otra no, y alguna vez se cruzan en el gráfico, lo que me hace pensar que tal vez no estén ligadas pese a mi intuición de que sí lo están.
- Que haya armónicos y generación de reactiva por la noche.
- Que haya coexistencia de inductiva y capacitiva.

Lamento la extensión de la publicación, pero no he sabido como acortarla. Os agradezco cualquier opinión, ayuda, experiencia, etc...

Gracias y saludos.
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#345752
Tu problema esta claro, te han entrado meigas en la instalación.

Ahora en serio: como han pasado algunos dias y no contesta nadie te doy algunas ideas pero en realidad no tengo ni idea de que puede ser.

- El máximo valor instantáneo suele oscilar de día entre los 7'5 y 10 kVArC (capacitivos), y de noche está alrededor de los 5 kVArC.


De donde sale ese consumo nocturno? dices que es un instituto, pero luego dices que de noche estan apagadas las luminarias, los equipos informaticos, y dices tambien que la fotovoltaica esta desconectada... ¿entonces que hay encendido de noche? ¿solo los congeladores? ¿no es mucho consumo? Ademas los congeladores son como los frigorificos, el motor no está funcionando de continuo... ¿no? ¿Y los armonicos nocturnos de donde salen?

En este punto yo supongo que los convertidores estáticos monofásicos son los que provocan dicha densidad de armónicos (iluminación, ordenadores, racks)

Las fuentes de alimentación de Pcs y racks, ademas de generar armonicos, si son viejos (de antes de una directiva europea) tambien actuan como condensadores. (Los nuevos no) Puede venir de ahi, y tambien de que los usuarios piensen que estan apagando el ordenador pero solo lo están suspendiendo.

Tambien se me ocurre (como idea, puede ser una chorrada) que las fuentes, si son viejas, pueden estar generando reactiva incluso apagadas... lo tipico de la gente que saca la pinza amperimetrica y lee intensidad, y va a foros a quejarse de que sus equipos consumen estando apagados, pero en realidad no esta gastando ningun W. (es todo VA de reactiva). Una fuente por si misma no genera practicamente nada, pero si son muchas puede que si.

has probado a desenchufar fisicamente las fuentes, o tirar los circuitos de las fuentes, a ver si cambia algo?


HiPeRioNNN escribió:Por tanto tengo dos posibles soluciones:
- instalar un filtro activo en cabecera de la instalación para atacar directamente a los armónicos, o


Un filtro activo no solo elimina los armónicos, también modifica el factor de potencia al valor que uno quiera. Yo creo que esta es la mejor solución pero tambien va a ser mas cara. Puedes contactar con un comercial que eche un vistazo a tu instalacion antes de gastarte las pelas..

- instalar una reactancia de valor fija también en cabecera para compensar la capacitiva que se obtiene.
En el segundo caso (el de instalar una reactancia), instalaría la reactancia de valor fijo e inmediatamente aguasarriba instalaría una batería de condensadores escalonada. Mi idea es que la reactancia absorba toda la capacitiva que "emite" la instalación de consumo, y como es variable acabará compensándose con la batería de condensadores inmediatamente aguasarriba. Esto es como un filtro activo, pero en lugar de instalar la reactancia en serie con la batería los instalo en paralelo, con la precaución de que no entren en resonancia. No sé si os parece una locura.

No es una locura; es complicado, seguramente funcionaría, pero hacer experimentos con dinero ajeno no es forma de tratar a los clientes creo yo.

Me da miedo no dar en el clavo e incurrir al cliente en un coste inútil.


La solución de las baterias de condensadores puede que funcione o no, y en cualquier caso seguirias teniendo igual o más de armonicos que en la situación actual. En cambio con el filtro activo no puedes fallar, solucionas los 2 problemas de reactiva y armonicos al tiempo. Pero no me hagas caso a mi, habla con un comercial y que te diga.
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#345787
Hola Don_Mendo, gracias por tu respuesta. He hecho y podría haber hecho muchas cosas, pero la verdad es que por el momento no he recibido mucha ayuda para alcanzar un diagnóstico certero.
Los comerciales me dicen que no tienen ni idea, y a muchos les creo.
Recientemente he descubierto un nuevo caso que me ha dejado sorprendido, que tiene que ver con algo parecido: estos días estamos poniendo en marcha una central de generación conectada a la Red de Endesa, formada por un solo grupo generador síncrono de imanes permanentes y un converter. La instalación ya tiene conexión física eléctrica establecida a la red de compañía (podemos tener luz), pero todavía no hemos arrancado el grupo porque los próximos días vamos a comenzar con las pruebas de potencia. Pues bien, con este escenario nos hemos encontrado los siguientes registros en el contador:
-Parámetro 18 (consumo o importación de activa) --> 198 kWh (lógico, pues están los SSAA conectados y algo hemos consumido)
-Parámetro 28 (generación o exportación de activa) --> 0 kWh (lógico, pues el grupo todavía no ha arrancado)
-Parámetros 58, 68 y 78 (reactiva en I, II y III cuadrantes) --> 0 kWh (parece lógico)
-Parámetro 88 (reactiva en el IV cuadrante) --> 170 kVAr (esto me dejó patidifuso......)
¿Es normal la última lectura? ¿Hemos generado reactiva estando el grupo generador apagado, o estoy interpretando yo mal la forma en que los contadores registran la energía reactiva? ¿O simplemente interpreto yo mal lo que son los cuadrantes?
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#345789
Llama a Valles. No conozco a nadie mejor pescando armónicos. Y ya, la pregunta del tonto (osea, yo). ¿está bien conectao el contador?

Saludos,
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#345795
Hola Spam.
La pregunta es obvia, de lo primero que uno piensa. El contador está bien conectado, pero no hubiera hecho falta comprobarlo, pues el analizador y otro registrador interno dan las mismas lecturas.
¿De dónde eres Spam? ¿Me puedes decir algo más sobre valles? Todavía no puedo asegurar que el causante sean efectivamente los armónicos, pero no pierdo nada por preguntar por su experiencia.
Gracias.
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#345799
HiPeRioNNN escribió:...¿Me puedes decir algo más sobre valles?...

Seguro que se pasa dentro de poco por aquí; mientras tanto, tienes algún dato de contacto en http://www.soloingenieria.net/presupues ... /mvenergia
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#345950
Gracias Antonio Alé. Le comentaré a ver si se anima a participar.
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#345974
Dadme un día o dos y lo echo uno ojo. Vaya responsabilidad.
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#345979
No te sientas comprometido, Valles, solo motivado por el deseo de tu participación y de conocer tu impresión
;)
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#346030
Respondo un poco caóticamente. No pasa nada raro, sólo te pasan varias cosas a la vez. Por lo que tendrás que ir solucionando problemas de uno en uno.

1- El contador está midiendo capacitiva aunque realmente no la hay. No busques, no la hay. Son armónicos. Probablemente un 3er armónico con presencia del 5º, igual por "eco" o simpatía. El contador sólo mide a 50Hz. Con otras frecuencias hace lo que le ....

2- La solución de la reactancia para compensar la capacitiva no va a solucionar el problema. Has visto que tienes reactiva y capacitiva a la vez, eso es por que se produce a distinta frecuencia y no se compensan directamente. Lo de juntar churras con merinas.

3- Es fácil que te toque filtrar, PERO FILTRAR EN CABECERA ES UNA LOCURA. El coste de los filtros de exponencialmente proporcional a los amperios para los que se dispone.

4- La fotovoltaica no ha sido la causante, pero te ha obligado a montar el contador bidireccional y han comenzado a medir en los dos sentidos y se ha destapado el pastel.

5- Siguiendo lo que te decía en el punto 3. Mide con el analizador de redes acotando las zonas que provocan los armónicos y, sobre todo identifica el orden del armónico. Un filtro "general" vale más caro que uno para un armónico concreto.

Pero te apuesto a lo que es:

Circuitos de equipos informáticos que por sus fuentes de alimentación provocan 3er armónico. Como además cada circuito de estos está cogido de una fase, se dan diversos terceros armónicos. El efecto de resonancia en un armónico que lo amplifica lo suelen producir condensadores, pero a veces el mismo cable (conductor+aislante+conductor+...) hace de amplificador.

Una vez identificado los circuitos más problemáticos, puedes hacer una prueba de cómo quedaría la instalación midiendo en cabecera y cortando la alimentación de éstos.

Conociendo el orden del armónico, la I nominal del circuito y teniendo todo bien registradito llega el momento de elegir filtro. Si es un tercer armónico se arregla por poco dinero. Si logras agrupar todos los circuitos problemáticos, un filtrado para 100A vale 3.500€ instalado. Se puede hacer con trafo se separación galvánica, fitro de rechazo, filtro activo ... Pero hay que saber qué armónicos tienes y qué intensidad hay en el circuito.


Coge un unifilar de la instalación. Marca con un número el punto donde mides y describe la medida (medición de noche con aula informática desconectada, ... o algo así). Nombra con el número de la medida el archivo que descargues del analizador. Cuando tengas todo bien medido habiendo cubierto toda la casuística que se te ocurra, se lo puedes mandar al dto técnico de los fabricantes de filtros (te paso contactos si quieres) y ellos te van a ayudar a elegir.

Es posible que necesites combinar filtros, igual un tercero para el aula de informática e igual un 5º para otro punto.
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#346032
quiero mi 3% de comisón de la obra... :lol :majesty :majesty :majesty
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#346052
Valles, agradezco mucho tu participación.
Me has dicho exactamente lo que intuitivamente me temía pero no lograba argumentar de manera razonada. ¿Conoces algún trabajo (libro, tesis, artículo...) que vincule o explique de alguna manera la relación entre la presencia de armónicos y la "perturbación" en los registros de un contador? Posiblemente me hará falta para dar objetividad a mis argumentos dentro de mi empresa y de cara al cliente.
Si finalmente arranco con el análisis y caza de los armónicos de esta instalación seguiré tus indicaciones. Si necesito algún contacto estaré contento de que me proporciones alguno.
Muchas gracias nuevamente.
Gracias también a los demás.
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#346073
Hay un libro de Ramón Comellas (que no recuerdo como se titulaba) que es un poco teórico coñazo, pero que para entender de qué va está bien. Yo creo que lo tengo por la oficina, el lunes miro a ver.

Pero es soporífero.
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#346213
Disculpa el retraso en mi respuesta, Valles, pero mantengo algunas dudas que me gustaría plantearte para ver si conoces la respuesta.

Si el problema de la Reactiva Capacitiva consiste en que el contador "registra malamente" los valores de la instalación debido a la presencia de los armónicos (THD en corriente), entonces:

- ¿Por qué la evolución gráfica de ambos, Capacitiva y THD, no sigue un patrón temporal semejante? Hubiera esperado ver, en pocas palabras, que "a mayor THD, mayor capacitiva", pero no es así. La capacitiva parece seguir más a la activa consumida, y los armónicos parecen seguir más a la activa generada por los inversores de la planta fotovoltaica.

- ¿Por qué de noche se mantienen los valores de THD? Las cargas están apagadas (no necesariamente desconectadas), pero por la noche hay valores de THD del orden del 20 - 25% y la capacitiva se mantiene constante.

- Partiendo del hecho de que el factor de potencia tiene en cuenta la THD y el cos(fi) no la tiene en cuenta, entonces, hubiera esperado ver un "distanciamiento" entre estos valores a mayor contenido en armónicos, pero no sucede. ¿A qué puede deberse?

- Uno de los días desconectamos los inversores de la planta fotovoltaica y los armónicos se mantuvieron todo el tiempo por debajo del 30%, pero no obstante la capacitiva no sufrió a penas variación respecto de los dos días anteriores. ¿Por qué sucedió así?

Espero que las cuestiones te resulten "chupadas" de responder.
Si has podido recordar el título del libro te agradecería.

Nuevamente, gracias y saludos!
por
#347080
A lo mejor es una tontería, pero echa un ojo a la instalación de los TI, en base al último argumento que indicas.

Porque te digo esto, porque si con un analizador has medido inductiva y el contador fiscal mide capacitiva, puede ser debido a que al colocar los TI al revés, el único error que te da el equipo sea precisamente ese... y que te cruce las energías, aunque depende del modelo del equipo..., es decir si se conectan al revés los TI se suele cruzar los registros de energía de los cuadrantes de generación con los de consumo, es lo habitual, pero por eso digo que es una tontería, porque se vería claramente en el registro de energía consumidam aunque insisto depende de los equipos de medida y he visto que hay para los gustos como los colores. Paso a razonarlo.
Los equipos de medida suelen regirse por dos convenciones típicas (adjunto enlace donde explican http://www2.schneider-electric.com/reso ... _20NSX.pdf) y esto se puede ver porque varía el valor del FP, pero dependiendo del equipo, lo habitual es que la intensidad marque la que consuma independientmente de que estén al revés los TI obviamente la intensidad "no tiene polaridad", respecto a la potencia algunos equipos de medida si que marcan la potencia como negativa (es lo suyo) si están los TI colocados al revés o generando energía la instalación o no marcan potencia o directamente al no tener signo la marcan con el "signo positivo" desconozco los equipos fiscales como actúan en ese caso y solo se podría ver si tienes telemedida sobre el mismo, pero los analizadores tipo que te encuentras en las instalaciones cada uno insisto funciona de manera diferente (scheneider, Circutor...) aunque suelen tener el criterio de una u otra convención y como comentaba que pasa con las energía, lo habitual es que si es un contador que mide en los cuatro cuadrantes, cuando detecta un desfase entre V e I de 180 (entre 180 y 270º) interpreta que estas generando energía y entonces la energía que contabiliza la mete en un registro que llama energía generada y cuando la instalación esta consumiendo es decir, desfase entre 0 y 90 grados entre V e I suma la energía a otro registro que es energía consumida. Tratándose de la instalación que es, lo lógico es que la distribuidora no hubiera cometido este error, pero como cultura general no viene mal, como digo, el mundo de los analizadores es un mundo y aunque existen dichas convenciones no siempre se comportan tal cual y el comportamiento en los 4 cuadrantes no siempre se comportan bajo el mismo, aunque los contadores fiscales deberían hacerlo, en especial el que al "cambiar el signo de la intensidad" interprete que se pasa en la instalación de consumir a generar y como tal acumule en un registro u otro la energía para poder discriminar la naturaleza de la misma y sobre todo porque con un solo TI por fase se puede contabilizar los consumos en los 4 cuadrantes con un solo equipo.
De cualquier forma alguna cosa no acabo de verlo bien, como que en el cuadrante 3 y 4 haya capacitivo... a no ser como se indica por armónicos, aunque ese caso no lo he visto nunca y sobre todo como indicabas por el último comentario parece la capacitiva va de la mano del consumo y no de los armonicos...

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