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Armónicos en los sistemas de energía eléctrica: ¿qué los causa, qué hacen y cómo se pueden controlar?

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Armónicos en los sistemas de energía eléctrica: ¿qué los causa, qué hacen y cómo se pueden controlar?

Markus Bakker, de Fluke Corporation nos explica en este breve artículo la mejor forma de tratar algo que puede ser un poco incómodo para los técnicos, pero que tiene una fácil solución, los conocidos armónicos.

La calidad de la energía es un buen indicador de la salud de un sistema eléctrico trifásico industrial. Puede causar muchos problemas, entre ellos el riesgo de daños en los equipos y el desperdicio de energía si no se optimiza el uso de esta. Uno de los principales problemas que deben abordarse para garantizar la máxima eficiencia en los sistemas de energía eléctrica de cualquier empresa son los armónicos: distorsiones causadas por variaciones en la forma de onda del voltaje o la corriente.

En la actualidad, hay alrededor de 40 países que utilizan una frecuencia de potencia fundamental (FPF) de 60 Hz, y el resto funciona con una potencia de 50 Hz, como es el caso de Europa. Cualquiera que sea el sistema que esté en funcionamiento, los armónicos son una molestia y pueden provocar el sobrecalentamiento de los conductores neutros, los devanados del motor y los transformadores.

¿Qué causa los armónicos en los sistemas de energía eléctrica?

Por lo general, los voltajes y las corrientes en un sistema eléctrico tienen una forma de onda sinusoidal «perfecta» con una frecuencia de 50 Hz (60 Hz en los EE. UU., el Caribe, Arabia Saudita y algunos otros países).

Estos 50 Hz son el único componente armónico que compone la forma de onda. Tan pronto como se distorsione esta forma de onda, habrá más armónicos contenidos en la forma de onda de la potencia.

Estos llamados armónicos tienen una frecuencia igual a la frecuencia fundamental multiplicada por un número entero impar. Entonces, por ejemplo, el tercer armónico tiene una frecuencia de 150 Hz, y así sucesivamente, hasta el armónico 50. La causa más importante de esta distorsión de la forma de onda son las cargas conectadas al sistema de alimentación, como los variadores de frecuencia, los adaptadores de alimentación de PC y la iluminación LED. Estas cargas distorsionan la corriente y, dependiendo de la calidad del cableado de la red, también pueden distorsionar la forma de onda del voltaje.

Los variadores de frecuencia son dispositivos que encuentran cada vez más aplicación en la industria y se utilizan para controlar la velocidad de un motor eléctrico que acciona una bomba, un ventilador o un compresor, por ejemplo.

Armónicos en los sistemas de energía eléctrica: ¿qué los causa, qué hacen y cómo se pueden controlar?

¿Qué es THD?

La distorsión armónica total (THD por sus siglas en inglés) es una forma de expresar todos los componentes armónicos combinados que están presentes en una red eléctrica como un porcentaje del componente de 50 Hz. Cuanto mayor sea este porcentaje, mayor será el número de armónicos.

Entonces, este número muestra cuántos armónicos están presentes de un vistazo. Así, dicho THD se puede calcular para armónicos de tensión y armónicos de corriente.

Como regla general, los efectos armónicos de tensión nunca deben representar más del 8%. Si se supera esta cifra, sería necesario verificar el porcentaje de cada armónico individual en un instrumento de medida que muestre al operario el espectro armónico, generalmente en forma de gráfico.

Hay dos formas establecidas de reducir los armónicos en los sistemas de potencia, pero ambas tienen sus desventajas y pueden ser costosas. El primero es el uso de filtros, y el segundo es reemplazar el transformador con uno con un alto factor K capaz de manejar la distorsión.


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