Siete pasos para mitigar los problemas de armónicos de variadores de frecuencia (VFD)

07-11-2013 | Calidad eléctrica

Este artículo sobre el Fluke apareció originalmente en la publicación de marzo de Plant Engineering.

Existen diversas opciones para mitigar los problemas de armónicos en las plantas. Lamentablemente, no existe una solución que se adapte a todas las aplicaciones. La clave es detectar y elegir la opción correcta para sus necesidades. De no hacerlo, si no se pueden reducir estas corrientes eléctricas no deseadas pueden generarse problemas que van desde el sobrecalentamiento de los conductores y los transformadores neutrales, hasta operaciones ineficientes del equipo electrónico. Las alarmas inesperadas de los variadores de frecuencia (VFD), los problemas de PLC y los bloqueos informáticos son problemas habituales que proceden de un exceso de armónicos en el sistema de distribución.

Para determinar la mejor solución para mitigar armónicos no deseados, comience por investigar el equipo que sospecha que genera la mayor parte de las corrientes de armónicos. La mayoría de las veces se trata de accionadores de frecuencia variable (VDF). Utilice equipo de medición para medir y analizar las frecuencias y amplitudes de los armónicos. Es mucho más sencillo de lo que suena. Los analizadores y registradores de calidad eléctrica miden y registran estos valores, calculan la distorsión de la onda sinusoidal de 60 Hz creada por los armónicos y permiten la descarga de datos a una computadora, a fin de realizar un análisis más profundo. El parámetro clave que calcula este equipo de análisis es la distorsión armónica total (THD). La TDH se calcula tanto para la tensión como para la corriente. Una vez que el proceso de medición está completo, el fabricante del VFD le ayudará a dar con una solución.

¿Cuál es la mejor manera, por tanto, de proceder con la medición de los valores necesarios? Medir solamente la cantidad de THD en un punto en el tiempo y adquirir un filtro para mitigar estas corrientes de armónicos no es probablemente la mejor solución. La razón es que la frecuencia y las magnitudes de las corrientes de armónicos que estén siendo creadas por el VFD normalmente varían a medida que la carga cambia en el variador. Por ejemplo, un VFD determinado puede crear muchos armónicos de una magnitud relativamente baja al cargarse ligeramente, pero producir frecuencias de armónicos más prominentes con cargas pesadas. Si los datos de armónicos se registran solo una vez durante un tiempo relativamente corto, es probable que se le escapen los datos que necesita.

Los filtros, los obturadores y otros dispositivos usados para mitigar armónicos se diseñaron para funcionar con ciertos armónicos y bajo ciertas condiciones de funcionamiento. Al seleccionar un filtro para mitigar los armónicos generados mientras el VFD está ligeramente cargado, lo más seguro es que termine cometiendo un error al comprar el filtro. Es posible que se tope con que los problemas más graves se generan en otros momentos durante el funcionamiento de la planta.

Si desea mitigar los problemas con los armónicos, siga estos pasos:

  1. Identifique cualquier equipo no lineal sospechoso (los VFD son típicos) que crea que estén causando que los armónicos no deseados fluyan en su sistema de distribución.
  2. Configure un analizador o registrador de la calidad de la electricidad para registrar los datos. Conecte la herramienta en el punto en el que el VFD se conecta a otras cargas del sistema. Este punto es el que se refiere como punto de acoplamiento común (PCC) en instalaciones industriales. Aunque algunos registradores puedan estar instalados permanentemente, tiene sentido usar un analizador portátil conectado y colocarlo de una manera segura dentro del armario eléctrico apropiado durante la duración del estudio de los registros.
  3. Asegúrese siempre de mantener las precauciones de seguridad eléctrica al conectar y desconectar este tipo de equipos.
  4. Registre los datos durante un ciclo de la planta como mínimo para asegurarse de que sus datos capturen los acontecimientos de los armónicos más graves. Obtenga registros de las operaciones y los procesos de la planta durante este ciclo y compárelos con sus datos registrados.
  5. Descargue los datos en una PC para proceder a su análisis con el software del analizador. A continuación, observe los armónicos creados en momentos diferentes durante el funcionamiento del variador. Compare los datos de los armónicos con los datos operativos de la planta. Haga preguntas, como: "¿Durante qué eventos y operaciones de la planta crean mayor distorsión los armónicos?" "¿Cuál es la carga de salida de mi VFD en ese momento?" Este probablemente será el punto operativo del VFD en el que corregirá los armónicos.
    El IEEE recomienda que la distorsión armónica total (THD) de la frecuencia fundamental de 60 Hz en este PCC no supere el 5 % de tensión. Para aplicar una acción correctiva, debe considerar minuciosamente cualquier valor de THD en el ciclo operativo de la planta que se aproxime a estos límites.
  6. Si es posible, intente relacionar cualquier problema de la planta experimentado durante el registro de datos de los armónicos con los valores de THD y los niveles de armónicos en ese momento. Por ejemplo, si un PLC produce una falsa alarma de temperatura alta en el equipo en el mismo momento que la carga cambia en el VFD y un motor grande arranca en la planta, quizás haya descubierto su problema de armónicos. Su respuesta puede ser la aplicación de un filtro que se haya diseñado para esa carga de VFD en particular.
  7. Finalmente, trabaje con el fabricante del VFD que tenga el problema para elegir la mejor manera de mitigar los armónicos. A través de una serie de preguntas y un análisis de ingeniería, su proveedor de VFD le ayudará a determinar cuál es la mejor solución, y se la facilitará a fin de mitigar los armónicos no deseados.