ARMÓNICOS ELÉCTRICOS
Con la instalación masiva de equipos a base de electrónica de potencia
(ordenadores, variadores de velocidad, onduladores, televisores…), la mayoría de los
usuarios se enfrenta a la presencia de armónicos en las redes de
distribución eléctrica.
Recuerda que la tensión de alimentación en una instalación la suministra el generador o la empresa suministradora, sin embargo la cantidad y tipo de intensidad o corriente la determina la carga que conectemos.
Determinadas cargas, las llamadas no lineales, modifican la onda original de la intensidad produciendo lo que se llaman las corrientes armónicas o armónicos eléctricos.
Índice de Contenidos
- Cargas Lineales y No Lineales
- Corrientes Armónicas
- Características de los Armónicos
- Fórmulas para Armónicos
- Ejercicio de Armónicos
- Receptores Productores de Armónicos
- Cómo Saber si la Instalación Tiene Armónicos
- Efectos de los Armónicos en Aparatos Eléctricos
- Efecto de los armónicos en la Red Eléctrica
- Video Resúmen Armónicos
Nota: en Europa 50Hz en América es de 60Hz
Mientras no conectemos nada al circuito no tendremos corriente eléctrica, pero si que tenemos tensión.
Ahora llega el momento de conectar nuestro receptor, y entonces comenzará a circular una corriente eléctrica por el circuito cerrado.
¿Cómo será esta corriente eléctrica?
Pues depende del receptor.
Los Receptores o Cargas lineales son aquellas que cuando se conectan a la red, la onda de la tensión y la de la corriente que demandan tienen la misma forma (senoidal) y la misma frecuencia (50Hz), por lo que la onda de la intensidad decimos que no se distorsiona (deforma).
Lógicamente los valores de la intensidad no serán los mismos que la de la tensión.
En la imagen anterior puedes ver la onda de la tensión y de la intensidad, aunque estén desfasadas 30º, pero las 2 ondas son senoidales y de 50Hz
Es decir con este tipo de receptores la onda de la tensión y la de la corriente son senoidales de 50Hz y no se ven modificadas.
Receptores lineales son las lámparas normales, los motores y las bobinas, los condensadores, etc.
¡¡¡OJO!!! Las bobinas y condensadores aunque retrasen o adelante la onda de la tensión con respecto a la intensidad, no deforman la onda.
Sin embargo hay otro tipo de receptores llamados No Lineales que demandan unas corrientes distorsionadas con respecto a la onda de la tensión senoidal a 50Hz.
Por ejemplo en un diodo, un rectificado de media onda o un variador de frecuencia claramente la corriente que demandan será con una onda modificada, no será senoidal y tampoco probablemente a 50Hz.
Cualquier receptor que demande un corriente de diferente frecuencia a 50Hz en algún momento producirá una distorsión en la onda original.
Las Receptores o Cargas No Lineales son aquellos que la onda de la tensión es la misma al conectarlos a la red, pero la onda de la corriente se distorsiona (cambia).
Los rectificadores de media onda y de onda completa, y en definitiva los equipos electrónicos que suelen llevar todos rectificadores en su fuente de alimentación, deforman la onda y por lo tanto son No Lineales.
También son No Lineales los Variadores de Frecuencia para controlar la velocidad de los motores, que ál variar la frecuencia de la onda también varían la onda.
Las reactancias de los fluorescentes y lámparas de descarga así como los hornos de arco también son receptores No Lineales.
Luego veremos alguno más en el apartado de receptores productores de armónicos.
La onda de la tensión no suele distorsionarse, aunque si nos dicen que sí no importa es lo mismo, lo único que tendrás que trabajar con la onda de tensión en lugar de la onda de la intensidad o corriente.
La nueva onda de la intensidad la llamamos la Onda Real y la podemos descomponer en 2 ondas (según las series de Fourier).
Una onda que será la Onda Fundamental, que es la misma que la que alimenta la instalación a 50Hz de frecuencia en Europa y 60Hz en EEUU.
Y otra onda (o varias) de diferente frecuencia que es la que llamaremos la onda de las corrientes armónicas.
Esta nueva onda debe tener una frecuencia que sea un múltiplo entero de la onda fundamental.
Por ejemplo si la fundamental fuera de 50HZ, la onda de armónicos podría ser de 100Hz (2 veces) de 150HZ (3 veces)...
Las corrientes armónicas son ondas cuya frecuencia resulta ser un múltiplo entero de la onda fundamental, siendo el resultado de cargas no lineales, las cuales ante una señal de tipo senoidal presentan una respuesta no senoidal.
Estas ondas armónicas son las que pueden producir daños en la instalación y saltos en los dispositivos de protección no deseables, como luego veremos.
Amplitud: el valor máximo de la intensidad o tensión armónica.
Orden: la cantidad de veces que es mayor la frecuencia de la onda de armónicos con respecto a la onda fundamental.
Por ejemplo un armónico de orden 3 significa que tiene una frecuencia el triple que la onda fundamental (3 x 50 = 150 Hz).
Lógicamente n = Frecuencia armónicos / Frecuencia Fundamental (50Hz)
Esto es muy importante, ya que en la práctica los armónicos que más afectan a la calidad de la energía eléctrica son los armónico de orden impar (sobre todo orden 3 y 5).
OJO Una onda se puede descomponer en la fundamental y normalmente en varios armónicos diferentes, no solo suele tener 1 armónico..
La de la figura siguiente la descomposición de la original sería en la onda fundamental más ondas de armónicos de orden 5º, de 7º, de 11º y de 13º.
De hecho hay una característica de los armónicos que es el:
Espectro Armónico: La cantidad de armónicos presentes en la instalación.
Cada armónico del espectro se representa en porcentaje de ese armónico con respecto a la onda fundamental.
Por ejemplo un 20% del 3º armónico, un 80% del 5º Armónico....
Suelen venir detallados en un gráfico de código de barras.
Valor Eficaz: sería el valor eficaz de la corriente que circularía.
El de la fundamental más la provocada por los armónicos.
Se suele llamar IRMS para la corriente y URMS para la tensión.
Una vez calculado el valor eficaz de la corriente, se suele calcular el porcentaje que aumenta la intensidad respecto a la inicial (fundamental).
Imagina que la fundamental tiene 10A, y al calcular la IRMS con los armónicos nos sale 12A, quiere decir que hay un 20% más de corriente por la línea debido a los armónicos.
Luego lo veremos con un ejercicio.
Porcentaje de Tasa de Armónicos o Distorsión Individual: relación entre el valor eficaz del armónico y de la onda fundamental expresado en tanto por ciento (%).
Su fórmula sería:
HD % = Valor Eficaz Onda Armonicos / Valor Eficaz Onda Fundamental
Si fuera la intensidad:
HD I% = Valor Eficaz I onda armónicos / Valor Eficaz I onda fundamental
Si fuera de la onda de la tensión sería la división entra las tensiones.
También podrás verla en algún libro como dH.
Tendríamos que hacer un dH para cada armónico, por eso está la
Tasa de Distorsión Armónica Total (TDH%): es una medida de cuanto se distorsiona la onda con respecto a la onda original senoidal teniendo en cuenta todos los armónicos de la onda.
Se calcula con la Raíz cuadrada de la suma al cuadrado de cada intensidad eficaz de cada armónico y de la fuente:
No entraremos en más detalle, solo decir que lo más importante de esto es saber que no se puede sobrepasar el 3% de TDH% en cualquier suministro de energía eléctrica en Baja Tensión (menos de 1.000V).
Vamos a calcular todos los valores.
Fíjate que la corriente que circula por la instalación será un 37,2% mayor que la que tendría que circular normalmente que es 50A.
Las principales fuentes de armónicos son:
- Cualquier equipo electrónico que lleve fuente de alimentación, como TV, Ordenadores, impresoras, fotocopiadoras, Servers, equipos de telecomunicaciones, etc.
- Carga de Vehículos Eléctricos
- Variadores de frecuencia para el control de la velocidad de lo motores eléctricos.
- Rectificadores de Media Onda y de Onda Completa.
- Las reactancias electromagnéticas y electrónicas de las lámparas de descarga.
- Equipos de soldadura eléctrica.
- Hornos de arco y otros elementos de descarga de arco, tales como lámparas fluorescentes.
Controladores de velocidad ajustables usados en ventiladores, bombas y controladores de
procesos.
- Interruptores o Switches en estado sólido que modulan corrientes de control, intensidad de luz, calor, etc.
- Rectificadores basados en diodos o tiristores para equipos de soldadura, cargadores de baterías, etc.
- Compensadores estáticos de potencia reactiva.
- Estaciones en DC de transmisión en alto voltaje.
- Convertidores de AC a DC (inversores).
- cargadores de baterías
Solucion: poner diferenciales SupeInmunizados (ver Tipos de Diferenciales)
Los sistemas de telecomunicaciones a menudo suelen dar la primera indicación de un problema de armónicos cuando pasan cerca de los cables de alimentación.
De todas formas hoy en día hay medidores de armónicos, por ejemplo Fluke ya los incorpora en alguno de sus aparatos de medida.
Otra forma de averiguar si hay armónicos es viendo los fallos o defectos en algunos de los apara
- También provocan un aumento de la potencia a transportar, empeorando el factor de potencia de la red.
- Disparo intempestivo de interruptores automáticos y diferenciales.
En este caso la solución pasa por
- Vibraciones y sobrecargas en las máquinas.
- Creación de inestabilidad en el sistema eléctrico.
- Disminución de la impedancia de los condensadores, lo que da lugar al fallo de la batería autorregulada instalada para la corrección del factor de potencia (si hay resonancia).
- Perturbaciones en equipos de control.
Las compañías eléctricas, están analizando las penalizaciones a aplicar a las instalaciones industriales que sean generadoras de armónicos, de igual forma que lo hacen para aquellas que generan energía reactiva.
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© Se permite la total o parcial reproducción del contenido, siempre y cuando se reconozca y se enlace a este artículo como la fuente de información utilizada.
Recuerda que la tensión de alimentación en una instalación la suministra el generador o la empresa suministradora, sin embargo la cantidad y tipo de intensidad o corriente la determina la carga que conectemos.
Determinadas cargas, las llamadas no lineales, modifican la onda original de la intensidad produciendo lo que se llaman las corrientes armónicas o armónicos eléctricos.
Índice de Contenidos
- Cargas Lineales y No Lineales
- Corrientes Armónicas
- Características de los Armónicos
- Fórmulas para Armónicos
- Ejercicio de Armónicos
- Receptores Productores de Armónicos
- Cómo Saber si la Instalación Tiene Armónicos
- Efectos de los Armónicos en Aparatos Eléctricos
- Efecto de los armónicos en la Red Eléctrica
- Video Resúmen Armónicos
Cargas Lineales y Cargas No Lineales
La onda de la tensión en alterna es una onda senoidal con una frecuencia de 50HZ, es decir se repite la misma onda cada 50 segundos.Nota: en Europa 50Hz en América es de 60Hz
Mientras no conectemos nada al circuito no tendremos corriente eléctrica, pero si que tenemos tensión.
Ahora llega el momento de conectar nuestro receptor, y entonces comenzará a circular una corriente eléctrica por el circuito cerrado.
¿Cómo será esta corriente eléctrica?
Pues depende del receptor.
Los Receptores o Cargas lineales son aquellas que cuando se conectan a la red, la onda de la tensión y la de la corriente que demandan tienen la misma forma (senoidal) y la misma frecuencia (50Hz), por lo que la onda de la intensidad decimos que no se distorsiona (deforma).
Lógicamente los valores de la intensidad no serán los mismos que la de la tensión.
En la imagen anterior puedes ver la onda de la tensión y de la intensidad, aunque estén desfasadas 30º, pero las 2 ondas son senoidales y de 50Hz
Es decir con este tipo de receptores la onda de la tensión y la de la corriente son senoidales de 50Hz y no se ven modificadas.
Receptores lineales son las lámparas normales, los motores y las bobinas, los condensadores, etc.
¡¡¡OJO!!! Las bobinas y condensadores aunque retrasen o adelante la onda de la tensión con respecto a la intensidad, no deforman la onda.
Sin embargo hay otro tipo de receptores llamados No Lineales que demandan unas corrientes distorsionadas con respecto a la onda de la tensión senoidal a 50Hz.
Por ejemplo en un diodo, un rectificado de media onda o un variador de frecuencia claramente la corriente que demandan será con una onda modificada, no será senoidal y tampoco probablemente a 50Hz.
Cualquier receptor que demande un corriente de diferente frecuencia a 50Hz en algún momento producirá una distorsión en la onda original.
Las Receptores o Cargas No Lineales son aquellos que la onda de la tensión es la misma al conectarlos a la red, pero la onda de la corriente se distorsiona (cambia).
Los rectificadores de media onda y de onda completa, y en definitiva los equipos electrónicos que suelen llevar todos rectificadores en su fuente de alimentación, deforman la onda y por lo tanto son No Lineales.
También son No Lineales los Variadores de Frecuencia para controlar la velocidad de los motores, que ál variar la frecuencia de la onda también varían la onda.
Las reactancias de los fluorescentes y lámparas de descarga así como los hornos de arco también son receptores No Lineales.
Luego veremos alguno más en el apartado de receptores productores de armónicos.
La onda de la tensión no suele distorsionarse, aunque si nos dicen que sí no importa es lo mismo, lo único que tendrás que trabajar con la onda de tensión en lugar de la onda de la intensidad o corriente.
Corrientes Armónicas
Cuando tenemos una corriente alterna que alimenta un circuito o instalación eléctrica, la onda de esta corriente ya sabemos que se distorsiona si tenemos conectado uno o varios receptores no lineales.La nueva onda de la intensidad la llamamos la Onda Real y la podemos descomponer en 2 ondas (según las series de Fourier).
Una onda que será la Onda Fundamental, que es la misma que la que alimenta la instalación a 50Hz de frecuencia en Europa y 60Hz en EEUU.
Y otra onda (o varias) de diferente frecuencia que es la que llamaremos la onda de las corrientes armónicas.
Esta nueva onda debe tener una frecuencia que sea un múltiplo entero de la onda fundamental.
Por ejemplo si la fundamental fuera de 50HZ, la onda de armónicos podría ser de 100Hz (2 veces) de 150HZ (3 veces)...
Las corrientes armónicas son ondas cuya frecuencia resulta ser un múltiplo entero de la onda fundamental, siendo el resultado de cargas no lineales, las cuales ante una señal de tipo senoidal presentan una respuesta no senoidal.
Estas ondas armónicas son las que pueden producir daños en la instalación y saltos en los dispositivos de protección no deseables, como luego veremos.
Características de los Armónicos
Un armónico se define por las siguientes características:Amplitud: el valor máximo de la intensidad o tensión armónica.
Orden: la cantidad de veces que es mayor la frecuencia de la onda de armónicos con respecto a la onda fundamental.
Por ejemplo un armónico de orden 3 significa que tiene una frecuencia el triple que la onda fundamental (3 x 50 = 150 Hz).
Lógicamente n = Frecuencia armónicos / Frecuencia Fundamental (50Hz)
Esto es muy importante, ya que en la práctica los armónicos que más afectan a la calidad de la energía eléctrica son los armónico de orden impar (sobre todo orden 3 y 5).
OJO Una onda se puede descomponer en la fundamental y normalmente en varios armónicos diferentes, no solo suele tener 1 armónico..
La de la figura siguiente la descomposición de la original sería en la onda fundamental más ondas de armónicos de orden 5º, de 7º, de 11º y de 13º.
De hecho hay una característica de los armónicos que es el:
Espectro Armónico: La cantidad de armónicos presentes en la instalación.
Cada armónico del espectro se representa en porcentaje de ese armónico con respecto a la onda fundamental.
Por ejemplo un 20% del 3º armónico, un 80% del 5º Armónico....
Suelen venir detallados en un gráfico de código de barras.
Valor Eficaz: sería el valor eficaz de la corriente que circularía.
El de la fundamental más la provocada por los armónicos.
Se suele llamar IRMS para la corriente y URMS para la tensión.
Una vez calculado el valor eficaz de la corriente, se suele calcular el porcentaje que aumenta la intensidad respecto a la inicial (fundamental).
Imagina que la fundamental tiene 10A, y al calcular la IRMS con los armónicos nos sale 12A, quiere decir que hay un 20% más de corriente por la línea debido a los armónicos.
Luego lo veremos con un ejercicio.
Porcentaje de Tasa de Armónicos o Distorsión Individual: relación entre el valor eficaz del armónico y de la onda fundamental expresado en tanto por ciento (%).
Su fórmula sería:
HD % = Valor Eficaz Onda Armonicos / Valor Eficaz Onda Fundamental
Si fuera la intensidad:
HD I% = Valor Eficaz I onda armónicos / Valor Eficaz I onda fundamental
Si fuera de la onda de la tensión sería la división entra las tensiones.
También podrás verla en algún libro como dH.
Tendríamos que hacer un dH para cada armónico, por eso está la
Tasa de Distorsión Armónica Total (TDH%): es una medida de cuanto se distorsiona la onda con respecto a la onda original senoidal teniendo en cuenta todos los armónicos de la onda.
Se calcula con la Raíz cuadrada de la suma al cuadrado de cada intensidad eficaz de cada armónico y de la fuente:
No entraremos en más detalle, solo decir que lo más importante de esto es saber que no se puede sobrepasar el 3% de TDH% en cualquier suministro de energía eléctrica en Baja Tensión (menos de 1.000V).
Fórmulas para Los Armónicos Eléctricos
Ejercicio Armónicos Eléctricos
Tenemos una corriente fundamental de 50A con los siguientes armónico que se ven en la tabla.Vamos a calcular todos los valores.
Fíjate que la corriente que circula por la instalación será un 37,2% mayor que la que tendría que circular normalmente que es 50A.
Receptores Productores de Armónicos
Antes de ver los receptores productores de armónicos hay que decir que la distorsión puede ser producida por fenómenos transitorios tales como efectos de tormentas o fallas por cortocircuito entre otras.Las principales fuentes de armónicos son:
- Cualquier equipo electrónico que lleve fuente de alimentación, como TV, Ordenadores, impresoras, fotocopiadoras, Servers, equipos de telecomunicaciones, etc.
- Carga de Vehículos Eléctricos
- Variadores de frecuencia para el control de la velocidad de lo motores eléctricos.
- Rectificadores de Media Onda y de Onda Completa.
- Las reactancias electromagnéticas y electrónicas de las lámparas de descarga.
- Equipos de soldadura eléctrica.
- Hornos de arco y otros elementos de descarga de arco, tales como lámparas fluorescentes.
Controladores de velocidad ajustables usados en ventiladores, bombas y controladores de
procesos.
- Interruptores o Switches en estado sólido que modulan corrientes de control, intensidad de luz, calor, etc.
- Rectificadores basados en diodos o tiristores para equipos de soldadura, cargadores de baterías, etc.
- Compensadores estáticos de potencia reactiva.
- Estaciones en DC de transmisión en alto voltaje.
- Convertidores de AC a DC (inversores).
- cargadores de baterías
Cómo Saber si la Instalación Tiene Armónicos
En una instalación eléctrica de una vivienda o industrial, si el diferencial de luz salta cada poco y tenemos receptores No Lineales, lo más probabale es que se por culpa de los armónicos.Solucion: poner diferenciales SupeInmunizados (ver Tipos de Diferenciales)
Los sistemas de telecomunicaciones a menudo suelen dar la primera indicación de un problema de armónicos cuando pasan cerca de los cables de alimentación.
De todas formas hoy en día hay medidores de armónicos, por ejemplo Fluke ya los incorpora en alguno de sus aparatos de medida.
Otra forma de averiguar si hay armónicos es viendo los fallos o defectos en algunos de los apara
Efecto de los Armónicos en los Aparatos Eléctricos
Aquí te dejamos una tabla de los efectos más habituales.Efectos de los Armónicos en la Red Eléctrica
- Los armónicos en un sistema trifásico equilibrado pueden provocar un desequilibrio y que circule corriente por el neutro, incluso más que por cualquier fase, y ya sabemos que por ser equilibrado la corriente por el neutro debería ser 0A.- También provocan un aumento de la potencia a transportar, empeorando el factor de potencia de la red.
- Disparo intempestivo de interruptores automáticos y diferenciales.
En este caso la solución pasa por
- Vibraciones y sobrecargas en las máquinas.
- Creación de inestabilidad en el sistema eléctrico.
- Disminución de la impedancia de los condensadores, lo que da lugar al fallo de la batería autorregulada instalada para la corrección del factor de potencia (si hay resonancia).
- Perturbaciones en equipos de control.
Las compañías eléctricas, están analizando las penalizaciones a aplicar a las instalaciones industriales que sean generadoras de armónicos, de igual forma que lo hacen para aquellas que generan energía reactiva.
Video sobre los Armónicos
¿Te ha gustado la web Armónicos Eléctricos? Pulsa en Compartir. Gracias
© Se permite la total o parcial reproducción del contenido, siempre y cuando se reconozca y se enlace a este artículo como la fuente de información utilizada.
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