25 octubre 2012

Guía de diseño de sistemas para mejorar el factor de potencia (3ª PARTE)

Ver 2ª PARTE

Distorsión de armónicos

La distorsión de armónicos en el voltaje de alimentación es una función de las cargas que extraen formas de onda altamente distorsionadas. La mayoría de los suministros de potencia electrónicos serán inmunes a tales distorsiones, aunque pueden tener efectos severos en altos niveles de condensadores de corrección del factor de potencia, motores y transformadores, y pueden también interferir con los sistemas de audio.

Pérdidas de potencia en condensadores – La pérdida directa

En la práctica, cada dieléctrico exceptuando el vacío, tiene alguna resistencia, que permite una corriente pequeña en fase con el voltaje de alimentación, una potencia de consumo, esto se conoce como pérdida dieléctrica.

Cuando el dieléctrico de un condensador es un vacío, no tienen lugar pérdidas en él, y la corriente tomada por el condensador lleva a que el voltaje aplicado sea exactamente 90º, siendo cero la potencia. Con cualquier otro dieléctrico, sin embargo, hay una pérdida, conocida como pérdida dieléctrica, que tiene el resultado que la corriente no lleva al voltaje a 90 º. El ángulo de fase se denomina ángulo de pérdida.

La absorción dieléctrica puede ser considerada equivalente a una resistencia baja en serie con el condensador o una resistencia alta en paralelo en le condensador. Están relacionadas por la siguiente ecuación:
rCW = 1/RCw

Donde r es la resistencia serie baja y R la resistencia paralelo alta. Las pérdidas en los condensadores de potencia se expresan en términos de vatios por Kvar, ej tan g = 0,0006, pérdida = 0,6 vatios/kvar.

Condensadores dieléctricos compuestos

Tensiones en los dieléctricos compuestos

El efecto de usar un dieléctrico compuesto de material con diferentes permitividades es incrementar la tensión en el material con la menor permitividad. Este efecto es muy importante en la tecnología de condensadores actual ya que la mayoría de los condensadores h.v. actualmente tienen un dieléctrico compuesto. Por ejemplo, el film de polipropileno, con una permitividad de 2,2 pero una alta resistencia dieléctrica, es devanado con papel de densidad relativamente alta de 1,1 y permitividad  pero resistencia dieléctrica más baja

Los condensadores dieléctricos de hasta 225 kvar es una tecnología que se conoce desde hace años. Los dieléctricos mixtos consisten en film  de propileno orientado (OPP) intercalado con papel. El papel actúa como un wick, permitiendo al fluido de impregnación penetrar entre las capas de film. Como resultado de ello el factor de pérdidas se reduce drásticamente desde 2,5 W/kvar (tan 8 = 0,0025) a 0,6 W/kvar (tan = 0,0006).

Excepto en casos especiales, es por supuesto esencial proporcionar dispositivos de descarga convenientes para todos los condensadores de bajo voltaje y estos pueden ser montados internamente o externamente en los terminales del condensador. Los dispositivos de descarga deben ser capaces de descargar el condensador a 50 V en 60 segundos desde la desconexión de la alimentación.

Características generales del film de polipropileno

El film puede obtenerse con diferentes espesores que en Europa típicamente incluyen 4, 5, 6, 8, 10, 15 y 18 micras, y en USA en medidas de 44, 50, 55 y 60 correspondiendo con 11,2, 11,7, 13,8 y 15,2 micras respectivamente. El film se usa en construcciones dieléctricas en el ratio 2:1 de polipropileno: papel; esto es, la relación inversa de sus permitividades.

Después de mucho trabajo de investigación, se encontró que el film de polipropileno orientado (OPP) era un dieléctrico conveniente. Era compatible con el entonces aceptado impregnante de PCB y se probó compatible con recientes sustitutos ahora en uso. Era capaz de aceptar una tensión de aproximadamente 50 MV/m, 2 ½ veces la del papel de tejido Kraft, y poseían muy bajas pérdidas. Estas ventajas compensan la permitividad comparativamente baja de 2,2 comparada con el valor mucho más alto del papel kraft (5,5/5,9). Otros termoplásticos tales como el tereftalato de polietileno y policarbonatos fueron usados en combinación con el papel kraft, pero no poseen las bajas pérdidas del polipropileno.

Debido a que el film de plástico realmente absorbe fluidos es necesario emplear papel kraft como mecha para asegurar la impregnación completa del elemento. En un dieléctrico mixto, la tensión de voltaje aparece a través de los componentes en proporción inversa a la permitividad de cada componente. El hecho de que el film de plástico aceptará una tensión de voltaje 2 ½ veces la del papel kraft, y que el papel kraft tiene permitividad aproximadamente 2 ½ veces la del film de polipropileno, esto significa que cada parte del dieléctrico compuesto se utiliza de la forma más ventajosa y la baja permitividad del film se vuelve una ventaja. En un condensador de alto voltaje dieléctrico, dos capas de film y una de papel se usan normalmente entre electrodos, siendo el papel la capa del medio.

Condensadores empleando tecnología de polipropileno (mPP) metalizado

Con la ventaja de la tecnología en la fabricación de dieléctricos para condensadores, el papel de seda que normalmente se usa por los fabricantes de condensadores, tanto para aplicaciones LT y HT, se sustituyó gradualmente por film de polipropileno, ya que estos films tienen la ventaja de alta resistencia dieléctrica, bajas pérdidas dieléctricas y alta resistencia a los fallos.

Film MPP

El film metalizado comenzó también a usarse para la fabricación de condensadores de electrónica. En este caso el film PP se neutralizaba con una capa fina de aluminio depositado a un lado bajo vacío, así se eliminaba la necesidad de una lámina de aluminio.

Condensadores y bancos de condensadores

Construcción básica de un condensador.

Los condensadores de potencia consisten en un número de elementos básicos que son construidos por devanado de dos capas de láminas de aluminio entretejidas por varias capas de tejido, papel de dieléctrico mixto de papel y film de plásticos.

En el proceso de devanado actual dos láminas de aluminio serían mandriladas con un dieléctrico entre las láminas y una en el exterior de la lámina. Esto asegura que la lámina será siempre adyacente, en cualquier dirección, a un dieléctrico.

Están disponibles dos métodos alternativos de construcción del elemento del condensador. (1) si el elemento es devanado con láminas de aluminio, que sobresale más allá del borde del dieléctrico, a esto se denomina elemento de lámina extendida. (2) Si las láminas quedan dentro de la anchura del dieléctrico a esto se llama elemento de lámina enterrada. En el caso de láminas extendidas la capa se escalonan para permitir que las conexiones se hagan a la lámina, después del devanado. En caso de devanado de láminas enterradas, se insertan lengüetas de cobre estañado insertadas durante el proceso de devanado para permitir que se hagan las conexiones.

Bibliografía

·         Energy & Fuel Users´Association of India

Palabras clave:

·         Oriented polypropylene (OPP) film
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