En el presente artículo se pretende dar una idea general de lo que es la distorsión armónica o “armónicos”.
Reseña Historica
Los problemas del sistema de potencia asociado con los armónicos comenzaron a ser de interés general en la década de los 70, cuando dos acontecimientos tuvieron lugar.
El primero era el embargo de petróleo, que condujo a incrementos en la electricidad y al ahorro de la energía. Las compañías de distribución de enería y los consumidores industriales comenzaron a instalar condensadores para el mejoramiento del factor de potencia. Los condensadores reducen la demanda de MVA que exige el sistema eléctrico abasteciendo la porción de reactivos necesarios de forma local (donde se requiere). Como resultado, se reducen las pérdidas eléctricas tanto en la planta industrial como en la red de distribución. Para mejorar el factor de potencia fue necesario incrementar significativamente el número de capacitores conectados en el sistema de potencia. Como una consecuencia, ha habido un aumento igualmente importante en el número de circuitos sintonizados (resonantes) en redes de distribución y plantas.
El segundo desarrollo involucrado fue la llegada de la era tecnológica de los tiristores en bajo voltaje. En los años 60, los tiristores fueron desarrollados para motores en DC y luego durante la década de los 70, utilizados para controlar la velocidad de motores AC. Ya en la década de los 90’s se ha generalizado el uso de de los drives AC tanto en aplicacione industriales como comerciales y aún domesticas. Esto resultó en una proliferación de pequeños convertidores operados independientemente sin técnicas de mitigación de armónicas.
Aún con niveles de corriente de armónicas relativamente bajo, un circuito resonante puede ocasionar severos problemas de distorsión en el voltaje e interferencia telefónica. Un circuito resonante paralelo puede amplificar los niveles de corriente armónica a un punto tal que produzca falla en los equipos. Los circuitos resonantes serie pueden concentrar el flujo de corrientes armónicas en alimentadores o líneas específicas al punto de producir interferencia telefónica de gran magnitud.
El aumento en el uso de convertidores estáticos, tanto en equipos de control industrial como en aplicaciones domésticas, combinado con el aumento en el uso de los condensadores para el mejoramiento del factor de potencia, han creado problemas generalizados. Debido a lo extenso de estos problemas, ha sido necesario desarrollar técnicas y lineamientos para la instalación de equipos y el control de armónicos.
Introducción
El uso de equipo electrónico moderno ha cambiado nuestras vidas, proporcionándonos mayor comodidad y dependencia eléctrica, pero este hecho ha cambiado drásticamente la característica de la carga en las instalaciones modernas, esto es porque la gran mayoría de estos nuevos equipos electrónicos son cargas alineales, siendo éstas las principales causantes de la aparición de armónicos en los sistemas eléctricos actuales.
En este artículo nos vamos a ocupar de la segunda causa de armónicas: las cargas electrónicas no lineales, dejando la primera causa: los condensadores y el factor de potencia, para otro artículo.
Qué es una carga alineal ?
Son aquellos equipos que consumen corriente eléctrica no senoidal al aplicárseles una alimentación senoidal, por lo general son corrientes pulsantes, estrechas pero de gran amplitud, con lo cual producen una distorsión de las señales de voltaje y corriente a lo largo del sistema de distribución eléctrica
El problema con cargas no lineales, es la forma no sinusiodal que la corriente adopta, producto de las diferentes ondas (múltiplos enteros de la fundamental), que a ella se suman y que son originadas por las cargas no lineales. Esta deformación de las señales de tensión y corriente se expresa usualmente en términos de “Distorsión Armónica”.
Qué es la distorsión armónica?
La distorsión armónica describe la variación en estado estacionario o contínuo en la forma de onda de la frecuencia fundamental (60 hertz para nuestro medio). Para esta condición de estado estacionario las frecuencias son múltiplos enteros de la frecuencia fundamental, las cuales al sumarse vectorialmente a la fundamental originan su deformación o distorsión.
Qué efectos produce la distorsión armónica?
- Corrientes excesivas por el neutro.
- Altos niveles voltaje de neutro a tierra.
- Recalentamiento en transformadores y motores.
- Reducción en la capacidad de distribución .
- Penalización por bajo factor de potencia .
- Funcionamiento defectuoso de los drives, reles de protección, computadores, etc.
Cómo prevenir la distorsión armónica
Las consideraciones que se deben de tener en cuenta para prevenir o disminuir las armónicas en nuestras instalaciones eléctricas dependen en gran medida del tipo de instalación que disponemos, así los sistemas eléctricos se pueden clasificar en 3 grupos básicamente:
Sistemas eléctricos de edificios pequeños, son básicamente los comerciales y las oficinas, están compuestas en su mayoría de cargas monofásicas que son alimentadas por lo general con una fuente de 4 hilos en estrella aterrada.
Sistemas eléctricos comerciales e industriales grandes, están compuestos por cargas trifásicas, en su mayoría por drives de corriente alterna (ca) y directa (cd), otros dispositivos rectificadores, circuitos de calentamiento controlados electrónicamente, y maquinaria eléctrica y electrónica..
Sistemas eléctricos de las empresas eléctricas, son las generadoras y distribuidoras de energía eléctrica, las fuentes de distorsión armónica predominantemente vienen de las cargas empleadas por los usuarios conectados a la red de la empresa eléctrica.
Como podrá intuir amable lector, existen grandes diferencias entre los sistemas eléctricos mencionados, por eso mismo las consideraciones para mitigar las armónicas, como pueden ser: las instalaciones eléctricas, los sistemas de ahorro de energía, los equipos a emplearse, etc., son muy particulares en algunos casos (sobre todo en ambientes industriales).
Aunque se puede mencionar un criterio general: “la mejor solución de un problema, es no generarlo”.
El tema de la distorsión armónica es en realidad muy amplio e interesante, se ha intentado dar algunas luces con este artículo, esperamos poder ofrecerles en un artículo más extenso y detallado los lineamientos para combatirla o en su defecto mitigarla.
Mayor información o dudas al respecto, favor de comunicarse con nosotros.
Gilmer Quicaña Córdova
Área de investigación y desarrollo
FuzzyControl
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