Armónicos en sistemas eléctricos de potencia.

ARMONICOS EN SISTEMAS ELÉCTRICOS DE POTENCIA

1.- INTRODUCCIÓN

La red eléctrica para prestar un buen servicio debe tener una buena calidad, que se puede medir de acuerdo con ciertos parámetros de la onda de tensión que llega al consumidor. Esta calidad debe ser lo suficientemente buena para asegurar la compatibilidad electromagnética del sistema, es decir el correcto funcionamientode los elementos a ella conectados. Aparte de la continuidad en el servicio los parámetros ideales de red son:

- Forma de onda senoidal
- Valor eficaz de la tensión constante
- Frecuencia constante

El valor eficaz de la tensión y de la frecuencia por el propio comportamiento de la red no pueden ser constantes, sin embargo se acepta que puedan variar dentro de unosmárgenes legalmente establecidos. Estos dos valores (tensión, frecuencia) solos no definen la calidad de la red, puesto que no dicen nada acerca de la forma de onda senoidal. Cuando la tensión deja de ser senoidal, esto es, se distorsiona la onda, distorsión que se mide por el contenido de armónicos, aparecen problemas en el sistema que pueden tener graves consecuencias en las cargas,fundamentalmente en las máquinas eléctricas, pueden producir interferencias telefónicas, fallos en los condensadores, etc. En muchos casos estas distorsión quizás sea el problema más importante en cuanto a calidad de la red.

Aunque la presencia de lo armónicos en la red “distorsión de la forma de onda senoidal” no es tema nuevo, se daba en tiempos pasados, es en la actualidad cuando se presenta, conla utilización de gran cantidad de elementos que producen distorsión, como un serio problema y por tanto es hoy día un importante componente en el análisis y diseño de los sistemas eléctricos de potencia.

Ondas no senoidales también se pueden producir en los transitorios originados por cambios y perturbaciones en el sistema eléctrico, sin embargo estos problemas son analizados de formadiferente, estas formas de onda son de poca duración, unos pocos ciclos. Los armónicos generalmente ocurren en el régimen permanente y se producen de manera permanente en la operación de las cargas.

2.- EL ORIGEN DEL DISTORSIÓN DE LA FORMA DE ONDA

El origen dela distorsión en la forma de onda se debe fundamentalmente a la existencia de cargas no lineales en el sistema. Un receptor eslineal cuando la tensión aplicada a sus extremos y la intensidad que lo atraviesa están relacionados por un factor constante. Por el contrario diremos que el receptor es no lineal. En la figura 1. se representa la onda de intensidad distorsionada que genera un resistencia no lineal sometida a una tensión senoidal. Esta carga por tanto es una fuente de distorsión armónica en la red.

[pic]figura 1. Forma de onda de la corriente que circula por una carga no lineal conectadas a la red de corriente alterna.

Las cargas no lineales son por tanto fuentes de armónicos de corriente que hacen que circulen por el sistema corrientes distorsionadas. Al circular estas corrientes el efecto es la distorsión de la tensión, ver figura 2.
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figura 2.Distorsión de la onda de tensión por cargas no lineales.

Esta distorsión dependerá de la impedancia de la red y de la magnitud de la corriente distorsionada. Esto implica que la misma carga en diferentes localizaciones del sistema de potencia puede dar valores diferentes de la distorsión de la tensión.

Más adelante se hablará más detenidamente de los elementos que producenarmónicos y de los efectos que estos producen en el sistema, vamos a centrarnos ahora en como analizar el sistema eléctrico cuando tiene ondas distorsionadas “armónicos”.

3.- SERIES DE FOURIER

Para el estudio de los sistemas con ondas distorsionadas debe recurrirse a métodos algo distintos a los de la teoría de circuitos clásica, ya que esta resulta muy laboriosa. Por ello se recurre al...