En los últimos años, el crecimiento sustancial de los dispositivos electrónicos, destinados a equipar nuestras instalaciones, ha dado lugar a un cambio significativo de los tipos de cargas conectadas al sistema de distribución eléctrico.

No ha pasado mucho tiempo desde que la única preocupación que había para utilizar la energía eléctrica en nuestros hogares, establecimientos y centros productivos era simplemente tener tensión, sin importarnos otra cosa que los diferentes equipos y dispositivos que teníamos funcionaran.

Estos dispositivos, en la actualidad, están equipados con una electrónica que de algún modo u otro consigue proporcionarnos un mayor rendimiento de las tareas, procesos productivos o actividades que desarrollamos. Todo el mundo utiliza ordenadores para uso personal, o para el proceso y control de cualquier sistema de producción con variadores de velocidad, aire acondicionados, ascensores que se ajustan lentamente al aproximarse a su planta de destino, etc. Estos dispositivos que están equipados con rectificadores, moduladores, etc., distorsionan la forma de onda de la corriente para su correcto funcionamiento.

Onda ideal

Onda distorsionada

¿Qué son los armónicos?

Toda forma de onda periódica no-sinusoidal puede ser representada como la suma de ondas sinusoidales cuyas frecuencias son enteros múltiples de la frecuencia fundamental, que denominamos armónicos.

Conceptos básicos sobre armónicos

Conviene definir algunos términos sobre armónicos que son fundamentales para la interpretación de cualquier medida y estudio:

• Frecuencia fundamental (f1): Frecuencia de la onda original (50/60 Hz)

• Orden de un armónico (n): Número entero dado por la relación de la frecuencia de un armónico a la frecuencia fundamental. Con el orden se determina la frecuencia del armónico (Ejemplo: 5º armónico : 5·50 Hz = 250 Hz)

• Componente fundamental (U1 o I1): Componente sinusoidal de orden 1 del desarrollo en serie de Fourier de frecuencia igual a la onda periódica original.

• Componente armónica (Un o In): Componente sinusoidal de orden superior a 1 del desarrollo en serie de Fourier de frecuencia múltiplo entero de la frecuencia origen.

• Tasa de distorsión individual (Un% o In%): Relación en % entre el valor eficaz de la tensión o corriente armónica (Un o In) y el valor eficaz de la componente fundamental (U1 o I1).

Relación corriente y tensión armónicas

La circulación de corrientes armónicas generadas por cargas lineales a través de las impedancias internas de la red genera una distorsión en la onda de tensión.

¿Quién genera los armónicos?

Los armónicos son producidos por cargas no-lineales que absorben corriente no-sinusoidal. Las cargas más comunes, tanto en entornos industriales como domésticos, son las siguientes:

• Variadores de velocidad / frecuencia
• Lámparas de descarga (Vapor de mercurio, de sodio, bajo consumo, fluorescentes, etc.)
• Rectificadores
• Convertidores C.A. / C.C.
• Soldadura por arco
• Hornos de inducción
• SAI
• Ordenadores
• Etc.

¿Qué efectos producen los armónicos?

Dentro de la amplia gama de perturbaciones existente en la red, los armónicos producen, en los componentes o elementos, los siguientes efectos:

Diagnóstico de instalación

Proceso de diagnóstico de la instalación:

Estrategias de filtrado

Cuadro general

• Reducir el nivel de THD(I)% que se genera hacia la red (punto de acoplamiento común)

• Disminuir la desclasificación del transformador

Cuadros secundarios

• Reducir el valor eficaz de la corriente en las líneas de la instalación sin pérdida de potencia

• Reducción de pérdidas

• Circulación de corrientes distorsionantes hacia otros equipos

• Ligera atenuación de THD(U)%

Filtrado individual

• Reducir la corriente distorsionante y eficaz en el punto donde se genera

• Reducción de las pérdidas en todo el sistema.

• Circulación de corrientes distorsionantes hacia otros equipos

• Mayor atenuación de THD(U)%

Como podemos comprobar no existe una procedimiento único, sino que en cada caso pueden aportarse diferentes soluciones dependiendo del punto donde se instalen los filtros.

Conclusión

Como hemos podido comprobar, la existencia de perturbaciones armónicas en nuestra instalación es cada vez mayor a medida que vamos introduciendo cargas distorsionantes en ella.

Los problemas a causa de los armónicos están bien definidos, y no podemos justificar cualquier incidencia que tengamos en la instalación solo por su presencia en ella. Los efectos se pueden manifestar de forma casi instantánea (fallo de interruptores, operaciones incorrectas en equipos estáticos, etc.) y a medio plazo (resonancia en batería de condensadores, sobrecalentamiento de transformadores, conductores y motores, error de medición de instrumentos de medida, pérdidas térmicas, etc.). Superando en solo 10 ºC la temperatura máxima del aislamiento de conductores,
motores o transformadores se reduce su vida útil prácticamente a la mitad.

Es muy importante seguir el proceso indicado para realizar el estudio y análisis de perturbaciones armónicas. Si omitimos alguno de los pasos, el proceso de medida y posterior estudio será complicado, y en muchos casos no podremos dar una posible solución eficaz a nuestra instalación.

La Información anterior ha sido tomada de la pagina web de CIRCUTOR www.circutor.es , respetamos los derechos de autoria de CIRCUTOR y hemos puesto esta información para fines educativos.

VICOM Visión Comunicaciones realiza estudios de eficiencia energética donde se analiza si una red eléctrica tiene presencia de armónicos y damos soluciones en la atenuación de estas perturbaciones.

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