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¿Qué son los armónicos de voltaje o corriente?

Los armónicos son señales tanto de voltaje como de corriente que son múltiplo de la señal fundamental.

Los armónicos son señales tanto de voltaje como de corriente que son múltiplo de la señal fundamental, para el caso de México la frecuencia de la señal fundamental senoidal es de 60 Hz. por ejemplo; un armónico del tercer orden, se refiere a una señal que oscila 180 ciclos por segundo (3er orden x 60 Hz= 180 Hz), y así un armónico del quinto orden (5to orden), oscilará a 300 Hz (5to orden x 60 Hz= 300 Hz), así sucesivamente para cada uno del armónico a que se refiera (2, 3, 4, 5, 6, …, etc.).

Es importante mencionar que estas señales se dan en estado estable en el sistema, se hace esta observación para no confundirla con perturbaciones por condiciones atmosféricas o fallas en el sistema por mal funcionamiento de equipos.

¿Qué produce los armónicos?

Los armónicos son generados por fuentes no lineales conectados al sistema eléctrico, sin embargo existen otras fuentes generadoras de armónicos, a continuación se listan estas fuentes.

  • Saturación de transformadores
  • Corrientes de energización de transformadores
  • Conexiones al neutro de transformadores
  • Fuerzas magnetomotrices en máquinas rotatorias de CA
  • Hornos de arco eléctrico
  • Lámparas fluorescentes
  • Fuentes reguladas de conmutación
  • Cargadores de baterías
  • Compensadores estáticos de VARs
  • Variadores de frecuencia para motores (“drives”), inversores
  • Convertidores de estado sólido

Secuencia de fase de armónicos.

Secuencia (+)Secuencia (-)Secuencia (0)
123
456
789
101112
Tabla 1. Secuencia de fase desde la fundamental hasta el armónico 12.
SeñalFrecuenciaSeñalFrecuenciaSeñalFrecuencia
16021203180
424053006360
742084809540
106001166012720
Tabla 2. Frecuencia de señal desde la fundamental hasta el armónico 12.

Efectos de los armónicos en los componentes eléctricos.

  • Pérdida de potencia en forma de calor en los conductores.
  • Cortes de energía por calentamiento en bornes de interruptores por la circulación de corriente armónica en la línea.
  • Daño a equipo electrónico por circulación de corriente armónica.
  • Daño a condensadores por circulación de corrientes armónicas de alta frecuencia.
  • Sobre carga de transformadores por corrientes armónicas.
  • Entre otros…

Algo poco conocido o considerado es que el incremento de corriente armónica en un sistema eléctrico será un desencadenante para descomponer el factor de potencia (este es un tema que trataremos en otro blog), es decir provocará que este disminuya y dependiendo de la naturaleza de la carga, este será en adelanto o en atraso.

Por lo mencionado en el párrafo anterior, es de suma importancia realizar un estudio de armónicos y de factor de potencia antes de proponer un banco de capacitores, ya que de no considerar el efecto armónico en el diseño, esto puede resultar en un problema mucho mayor.

¿Cómo corregir el problema de armónicos?

Para hacer la corrección de armónicos en un sistema es necesario realizar un estudio de armónicos con un analizador de potencia, sea cual sea la marca, el único requerimiento es que nos muestre la distorsión armónica total THD (I, V), el espectro armónico individual (armónico 2 al 50) para poder identificar el armónico de mayor impacto y que es necesario filtrar, y el TDD que corresponde a la distorsión total de demanda.

Una vez que se ha definido la fuente del problema de la generación de armónicos, el armónico que hay que atenuar y la ubicación del punto en la red donde se instalará la solución propuesta derivada del estudio de armónicos con el analizador de potencia, se hace la propuesta de solución dentro de las cuales, de las más comunes se encuentran las siguientes:

Conclusión

Como conclusión tenemos que la presencia de armónicos en un sistema eléctrico puede dañar equipo, incrementar las corrientes en líneas de alimentación, accionar protecciones, provocar daño a transformadores, etc. Y que no se puede proponer una solución sin realizar antes un estudio del sistema eléctrico el cual servirá para determinar cual será la mejor solución para el sistema de estudio, entre los más comunes filtros activos de armónicos o la instalación de reactancias.

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