3/8 Calidad de red: ¿Qué son los Armónicos?

ANTECEDENTES

En Agosto, se publicó la segunda parte de esta serie de artículos sobre la “Calidad de Red” titulada ¿Qué es el cosφ y como se compensa la reactiva?. Aunque la publicación de los artículos está siendo muy separada, aquí tienen la tercera parte de la serie: ¿Qué son los Armónicos?.

Este artículo no pretende explicar todas la formas armónicas existentes, si no sólo las que afectan al servicio eléctrico en Baja Tensión. Los armónicos están presentes en todos los aspectos de la vida en los que hay una onda, como por ejemplo en la música (el sonido es una onda), en los círculos que hace una piedra al caer al agua y en otros muchos sitios. Si llegó a Quinto Armónico buscando respuestas a alguno de estos aspectos de los armónicos no las encontrará aquí. Le recomiendo que visite la Wikipedia, que todo lo sabe.

INTRODUCCIÓN

En el mundo industrializado en el que trabajamos, habrá oído alguna vez decir que una instalación tiene armónicos, con ese tono peyorativo que parece que los armónicos son virus, fantasmas o cualquier otro “ente” que no se ve, pero que es dañino por naturaleza. No es cierto. Los armónicos no son buenos para las instalaciones, pero tampoco tienen por qué ser los causantes de todos los problemas de una instalación. La generación de armónicos por las cargas es algo inherente a los avances tecnológicos que incorporan, cada vez más, elementos de electrónica de potencia compuestos fundamentalmente a base de tiristores, diodos, microprocesadores, varistores, condensadores, …

Decir que en una instalación hay presencia de armónicos de potencia, significa que la corriente y la tensión se distorsionan y desvían de las formas senoidales de la onda perfecta de 50Hz.

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EXPLICACIÓN

Las corrientes armónicas son causadas por cargas no lineales conectadas a la instalación, es decir, que la culpa de su presencia, al igual que con la reactiva, la tienen los consumidores finales. Una carga se dice que es no-lineal cuando la corriente que pasa por ella no tiene la misma forma de onda que la tensión que la alimenta. El flujo de corrientes armónicas a través de las impedancias del sistema, a su vez crea armónicos de tensión, que distorsionan la tensión de alimentación.

Cada carga no-lineal distorsiona la onda eléctrica de un modo, dependiendo de la naturaleza de dicha carga. Así, aparecerán en la instalación ondas distorsionadas de la fundamental que convivirán con ésta y fluirán por la instalación. Como cuando gritamos en un acantilado y aparecen ecos y, aunque sigamos gritando nuevas palabras todavía se oye la primera rebotando por las paredes y modificándose y, atenuándose (si no lo ha experimentado le recomiendo visitar las Hoces del Duratón). Realmente el eco es un ejemplo físico de armónicos pero con ondas de sonido.

En la siguiente figura se presentan unas formas de onda con típicas distorsiones. En la parte de arriba de una única fase y la de abajo trifásicas:

Distorsión Armónica: Ejemplos típicos de distorsión

EQUIPOS DISTORSIONADORES

Como antes se ha explicado, la irrupción de la electrónica de potencia ha hecho que la mayoría de cargas sean causantes de alguna distorsión armónica. Esto, sumado con el aumento del consumo de energía hace que las distorsiones sean algo muy común en las redes de distribución.

Como se ha dicho los equipos distorsionadores son muy comunes y, se podrían incluir la mayoría de los aparatos industriales y domésticos.

Monofásicos:

• Fuentes de alimentación de funcionamiento conmutado, presentes en ordenadores, impresoras, monitores, lavadoras, televisores, frigoríficos y la mayoría de electrodomésticos.
• Balastos electrónicos de iluminación fluorescente. Si su equipo de iluminación fluorescente no tiene el condensador (cebador) y la reactancia, tendrá un balasto electrónico.

Trifásicos:

• Los SAI o UPS.
• Los variadores de velocidad y otros sistemas de control de motores eléctricos.
• Máquinas de soldadura.
• Hornos de arco o inducción.
• Cargadores de baterías.

TIPOS DE ARMÓNICOS

Dependiendo de la frecuencia de la onda se clasifican los armónicos. Siendo el armónico fundamental el de 50Hz que es del que nacen los otros. Sería nuestro grito en el acantilado. Luego, dependiendo de la frecuencia del mismo se tendrá un segundo armónico a los 100Hz, un tercero a los 150Hz, un cuarto a los 200Hz, …

Conviene saber que los armónicos pares no son causantes de problemas en las instalaciones, pero los impares si. Especialmente el Quinto Armónico (por algo elegí este nombre) y el Tercer Armónico. El Tercer Armónico es causado por cargas monofásicas y el Quinto por las trifásicas.

En la siguiente gráfica se muestra un ejemplo de la presencia de estos armónicos en un pequeño centro de salud tras la medición con un analizador de redes.

Ejemplo de medición de armónicos en una instalación.

¿QUÉ ES LA THD?

La THD es la Tasa de Distorsión Armónica. Es la relación en tanto por ciento entre la corriente o tensión fundamental y la distorsionada. Por ejemplo, si en la instalación hay 100A, pero con frecuencia 50Hz son 60A, la THD en corriente (THDI) será del 40%.

En la siguiente gráfica se puede ver un ejemplo de THD tanto en tensión como en corriente, que se registró en el centro de salud de la gráfica anterior.

Ejemplo de medición de Tasa de Distorsión Armónica en una instalación

ÍNDICE – CALIDAD DE RED

• Parte 1: Los Armónicos y el Factor de Potencia.
• Parte 2: ¿Qué es el Factor de Potencia (FP)? ¿Cómo se compensa la reactiva?
• Parte 3: ¿Qué son los Armónicos?
• Parte 4: ¿Cómo afectan los Armónicos y el FP a la Eficiencia Energética?
• Parte 5: ¿Qué beneficios aporta el “Filtrado de Armónicos” y la “Mejora del FP”?
• Parte 6: Mejora del FP.
• Parte 7: Filtrado de Armónicos.
• Parte 8: Más sobre los Armónicos.

Imágenes: [1] [2] [3]  

credit: Valles para Quinto Armónico

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