El papel de la supresión de armónicos en la protección de los cuadros eléctricos de media y baja tensión

Los armónicos son un enemigo insidioso con el que actualmente se bombardean los sistemas eléctricos de distribución. Generados por cargas no lineales, como variadores de frecuencia (VFD), rectificadores, iluminación LED y sistemas de alimentación ininterrumpida (SAI), las corrientes y tensiones armónicas alteran la naturaleza sinusoidal de la red eléctrica. Aunque el impacto de esto en transformadores es bien conocido (calentamiento excesivo y pérdidas), el impacto en los equipos de conmutación de Media Tensión (MT) y Baja Tensión (BT) ubicados aguas abajo es igualmente catastrófico. La supresión de armónicos no solo aborda la calidad de la energía, sino que constituye un método fundamental para proteger el elemento esencial de su sistema eléctrico: los equipos de conmutación que controlan y aíslan la energía.

La tensión oculta sobre los componentes de los equipos de conmutación

El equipo de conmutación también está configurado para operar a una frecuencia y tensión específicas, normalmente de 50 o 60 Hz. Las armónicas generan corrientes de alta frecuencia que afectan gravemente la integridad mecánica y térmica de los componentes del equipo de conmutación. Las corrientes armónicas pueden influir en el disparo de los dispositivos térmico-magnéticos en los interruptores automáticos. Las corrientes parásitas provocan un calentamiento adicional de las partes conductoras, barras colectoras y conexiones inducidas a frecuencias armónicas. Esto acelera el envejecimiento del aislamiento y aumenta la resistencia de las uniones mecánicas. El efecto pelicular puede provocar que la corriente fluya únicamente por la superficie de los conductores a frecuencias más elevadas, reduciendo efectivamente la capacidad de conducción de corriente (ampacidad) de los conductores y generando puntos calientes. El diseño del sistema de transformadores Ryan tiene en cuenta la distorsión armónica total (THD) para que el equipo de conmutación y transformadores pueda operar como una unidad y no esté sujeto a fallos inesperados que causen paradas costosas.

Cómo los transformadores se convierten en la primera línea de defensa

Transformadores siempre ofrecerá cierta impedancia a las armónicas, y se requieren diseños especiales para reducirlas de forma eficaz. En este caso surge la distinción entre un transformador convencional de distribución y un transformador reductor de armónicas (o transformador con clasificación K). Los transformadores normales no tienen en cuenta las pérdidas por corrientes parásitas que se producen debido a cargas no lineales; como consecuencia, se sobrecalientan y reducen prematuramente su vida útil.

Podemos personalizar nuestros transformadores, y en particular nuestra línea VPI (e incluso nuestros modelos secos de resina fundida), en Ryan Electric para incorporar características supresoras de armónicos. Reducimos la transmisión de armónicos de secuencia cero (incluido el armónico 3.º) entre el lado de baja tensión (BT) y el lado de media tensión (MT) mediante blindaje electromagnético y diseños especiales del núcleo. Esto evita que las corrientes armónicas fluyan hacia aguas arriba, lo que generaría esfuerzos innecesarios en el equipo de conmutación de MT. Además, nuestros transformadores, por diseño, actúan como una barrera cuando se conectan en una subestación unitaria, concentrando la distorsión armónica en el lado de la carga y evitando someter al equipo de conmutación primario a una carga eléctrica innecesaria.

Desplazamiento de fase: la clave para la cancelación en aplicaciones con rectificadores

En grandes sistemas rectificadores (por ejemplo, electrólisis, refinación de metales o centros de datos de gran tamaño), la forma más deseable de supresión armónica se logra antes de que los armónicos lleguen al equipo de conmutación. Los transformadores con desplazamiento de fase permiten alcanzar este objetivo.

Ryan Electric se especializa en rectificadores de múltiples pulsos (de 12 pulsos, 24 pulsos y 48 pulsos) transformadores . Son, en efecto, los predecesores de los rectificadores, lo que provoca un desfase de fase entre los devanados secundarios, de modo que las armónicas generadas por los rectificadores (la 5.ª, la 7.ª, etc.) se cancelen mutuamente en el propio transformador. La cantidad de corriente que circula por el lado primario y a través del cuadro de maniobra de media tensión es mucho más limpia. Esta supresión pasiva de armónicas reduce el nivel de corriente eficaz (RMS) que atraviesa las barras colectoras y los interruptores del cuadro de maniobra, disminuye las temperaturas de funcionamiento y prolonga la vida útil de estos componentes esenciales, sin necesidad de filtros activos de alto costo.

Integración del sistema y cumplimiento de normas internacionales

La supresión de armónicos requiere una visión sistémica del sistema eléctrico. No existe ningún transformador en el vacío; debe integrarse con equipos de conmutación, así como con relés de medición y protección para formar una red robusta. Las soluciones ofrecidas por Ryan Electric tienen en cuenta esta integración. Nuestros transformadores de subestación compacta y nuestras subestaciones unitarias proporcionan una solución intermedia entre la alimentación y distribución en media tensión (MT) y la baja tensión (BT).

Garantizamos que nuestro equipo cumple con altos estándares internacionales, incluida la norma IEEE 519, que establece el nivel máximo de distorsión armónica permitido en el punto común de acoplamiento. Nuestra fabricación y ensayo de transformadores y equipos de conmutación compatibles permiten proteger no solo el transformador, sino todo el sistema. Para asegurar que, una vez instalado en campo, nuestro equipo proteja eficazmente los equipos de conmutación de media tensión (MT) y baja tensión (BT) frente a los efectos devastadores de la distorsión armónica, evaluamos su rendimiento bajo cargas armónicas simuladas en nuestros laboratorios de ensayo aprobados por CNAS, garantizando así su fiabilidad a clientes como los centros de datos de Microsoft y las empresas nacionales de servicios públicos.

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