Desenvolupament d'un programa per a l'estudi sobre el disseny del circuit Steinmetz i la seva influència en les instal·lacions elèctriques

Abstract

Els sistemes elèctrics de tracció d’alta velocitat són en general càrregues monofàsiques, no lineals, fluctuants en el temps i que, en connectar-los a la xarxa trifàsica, generen desequilibris en els corrents consumits per cada fase i injecten harmònics. El circuit Steinmetz consisteix en la connexió de dues reactàncies (normalment una bobina i un condensador) en triangle amb el sistema de tracció amb l’objecte de simetritzar els corrents consumits pel conjunt. El projecte actual desenvolupa una aplicació informàtica per a estudiar diferents aspectes relacionats amb aquest circuit i amb la seva interacció amb el sistema elèctric en presència d’harmònics. En primer lloc, s’estudia el disseny del circuit Steinmetz, és a dir, la determinació de les reactàncies que permeten simetritzar els corrents consumits per la càrrega monofàsica. Així mateix, s’estudia també l’error comès en fer càlculs aproximats d’aquestes reactàncies, ja sigui suposant tensions d’alimentació simètriques, o bé negligint la resistència de la reactància inductiva, o bé ambdós alhora. Posteriorment es realitza un estudi freqüencial del sistema des del punt de vista de la càrrega trifàsica, des de la xarxa o bé des del sistema de tracció (la càrrega monofàsica). En aquest estudi, a més, es té en compte el desequilibri de la xarxa, la possible pèrdua de capacitat del condensador simetritzador i també la resistència de la bobina simetritzadora. A continuació s’analitza la sensibilitat del circuit als paràmetres d’influència, tant pel que fa al disseny del circuit com pel que fa a l’estudi de la resposta freqüencial. S’identifica com canvien les reactàncies simetritzadores, els desequilibris en els corrents i també la localització de la ressonància per a pertorbacions en els paràmetres. Aquesta anàlisis es fa des d’un punt de vista determinístic, considerant que els paràmetres es mouen en un rang de valors, i també suposant que aquests tenen un comportament estocàstic. Seguidament s’explica com s’ha desenvolupat l’aplicació informàtica, es detalla el seu esquema i els aspectes de disseny de cara a l’usuari i es justifica l’elecció del programari emprat. Finalment, en els annexos, s’inclou l’estudi econòmic, la planificació temporal i l’impacte ambiental del projecte. També s’analitza un exemple, s’adjunta un manual d’ajuda de l’aplicació, s’especifiquen els models de representació de la càrrega trifàsica i per últim es presenta una guia de les distribucions estadístiques a emprar per als paràmetres amb comportament estocàstic.