6 Dec 2021

El control de la calidad de la energía, y en particular la medición de armónicos, es cada vez más importante en el sistema eléctrico. Esto viene ocurriendo desde hace muchos años, pero recientemente ha llegado también a la red de alta tensión.

La mayor incidencia de las energías renovables, en particular la solar y la eólica, y su empleo de tecnologías basadas en inversores ha convertido la presencia de armónicos en las subestaciones de alta tensión, en particular las conectadas a las plantas de energías renovables, en un problema que hay que abordar.

Para controlar y reducir la presencia de armónicos en la red de alta tensión hay que detectarlos y medirlos, y la primera pregunta que se nos ocurre es: 

¿Puede el transformador de medida convencional medir los armónicos con precisión? 

Existen varias alternativas viables en el mercado para medir los armónicos de corriente con transformadores de medida convencionales y no convencionales. Además de los transformadores de corriente convencionales, basados en tecnología inductiva, podemos utilizar bobinas Rogowski, tecnología óptica o de efecto Hall, ... Todos ellos tienen un ancho de banda suficiente para ofrecer una precisión razonable hasta valores muy superiores a 10kHZ. 

La experiencia de Arteche con los transformadores de corriente (TC) de alta tensión convencionales se muestra en la Fig. 1. Aunque el error aumenta con la frecuencia, sigue estando dentro de los límites razonables (es decir, 0,6% a 3,5kHz), por lo que el uso de TC convencionales para la medición de armónicos de corriente es suficientemente preciso.

Resultados del error de relación tras la prueba de un transformador de corriente convencional con núcleo de medida.

Fig.1: Resultados del error de relación tras la prueba de un transformador de corriente convencional con núcleo de medida.


Sin embargo, la medida de los armónicos de tensión es más complicada. Al igual que en corriente, existen tecnologías alternativas que permiten medidas en altas frecuencias, pero en tecnologías convencionales, las más habituales, no todas sirven o funcionan correctamente y hay algunas cuestiones que hay que abordar. Existen dos tecnologías para los transformadores de alta tensión convencionales:

  • Los transformadores de tensión inductivos presentan una frecuencia de resonancia que puede distorsionar la medición. Es importante garantizar que esta frecuencia esté por encima del último armónico que necesitamos medir. Este valor depende de varios parámetros como la geometría de la bobina primaria, el flujo de dispersión..., suele estar por encima de 1kHz, y cambia de un modelo a otro, por lo que no es posible establecer una regla general aplicable a todos los diseños y fabricantes. 

En la Fig. 2 podemos ver los resultados de los ensayos de dos TTInductivos diferentes fabricados por Arteche.

Resultados del error de relación tras las pruebas de los transformadores de tensión inductivos de 72kV y 145kV

Fig. 2: Resultados del error de relación tras las pruebas de los transformadores de tensión inductivos de 72kV y 145kV

  • Los transformadores de tensión capacitivos están sintonizados a una frecuencia específica (50 o 60Hz), y fuera de ella, los errores aumentan significativamente. Por lo tanto, no pueden utilizarse para la medición de armónicos sin alguna adaptación previa. Empleando un accesorio como el PQSensor® añadido al TTCapacitivo, éste se puede utilizar para la medida de la calidad de energía. Esta solución es válida para cualquier nivel de tensión y hasta 20 KHz con errores de hasta el 2%.  Algunos resultados de la experiencia se pueden ver en la Fig. 3.

     

    Resultados de error de relación de un CVT con dispositivo PQSensor

    Fig. 3: Resultados de error de relación de un CVT con dispositivo PQSensor®. 

    Sin embargo, cuando no es factible la instalación componentes adicionales, desde Arteche hemos desarrollado un método que permite deshacer el efecto de los TTC en las mediciones armónicas. 

    Esta investigación fue presentada durante la Conferencia Internacional en Sistemas de Energía Inteligentes y Tecnologías en su 4ªedición [4º IEEE SEST - International Conference on Smart Energy Systems and Technologies] y logró el reconocimiento de mejor presentación de la conferencia. 🏆 Si quieres saber más sobre esta metodología no dudes en consultar el artículo «Harmonic Measurements in a Capacitive Voltage Transformer: Improvement Considering the Transformer’s Design Parameters», pinchando aquí.  

    Conclusiones:

    A la hora de medir los armónicos de corriente y tensión en una subestación ya existente se deben tener en cuenta las siguientes consideraciones.

    Transformadores de corriente: El mismo transformador empleado para medida y protección a 50/60 Hz se puede usar para mayores frecuencias con una precisión bastante aceptable. Es cierto que los errores aumentan al aumentar la frecuencia a medir, pero aun así se mantiene dentro de límites aceptables para un correcto diagnóstico de la calidad de onda. 

    Transformadores de tensión inductivos: Los TTinductivos ya existentes en la subestación para medida y protección a frecuencia industrial pueden emplearse para detector armónicos a bajas frecuencias con precisión bastante aceptable. Sin embargo, estos equipos tienen su frecuencia de resonancia a 1-2kHz, lo que limita la precisión de la medida de armónicos de alta frecuencia. Se necesita aplicar algún tipo de corrección, basado en el diseño del modelo particular empleado. 

    Transformadores de tensión capacitivos: Por su propio diseño, no pueden emplearse para la medida de armónicos de forma precisa, ni siquiera a bajas frecuencias, si no se emplea algún equipo o corrección adicional. Conectando un PQSensor® al TTCapacitivo particular, se puede mantener la precisión de la medida de armónicos hasta 20kHz, haciendo que equipo sea útil para medida a 50/60Hz y a altas frecuencias. Otra opción es realizar un análisis para deshacer el efecto del TTCapacitivo, conociendo sus parámetros, obteniendo así una imagen fiable de los armónicos presentes en la red. 

Nombre
Roberto Sastre - Product Manager Alta Tensión