Armonicos

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Resumen—En este documento se explica lo que es un armónico, así como también sus causas y efectos que provocan en las líneas de suministro de energía y las posibles soluciones que podríamos aplicar al encontrarnos con este problema

Armónicos, Efectos, Causas, Ondas

I. INTRODUCCIÓN
Los sistemas eléctricos cuentan actualmente con una gran cantidad de elementos llamados no lineales, loscuales generan a partir de formas de onda sinusoidales y con la frecuencia de la red, otras ondas de diferentes frecuencias ocasionando el fenómeno conocido como armónicos.

Los armónicos son un fenómeno que genera problemas tanto para los usuarios como para la entidad encargada de la prestación del servicio de energía eléctrica ocasionando diversos efectos nocivos en los equipos de la red.
II.Armónicos
A. ¿Qué es un armónico?
Las armónicas son corrientes y/o voltajes presentes en un sistema eléctrico, con una frecuencia múltiplo de la frecuencia fundamental. Así, en sistemas con frecuencia de 60 Hz y cargas monofásicas, las armónicas características son la tercera (180 Hz), quinta (300 Hz), y séptima (420 Hz) por ejemplo.

Para definir este concepto es importante definir primerola calidad de la onda de tensión la cual debe tener amplitud y frecuencia constantes al igual que una forma sinusoidal. La Figura 1 representa la forma de la onda sin contenido de armónicos, con una frecuencia constante de 60Hz y una amplitud constante de 1pu.

Figura 1. Onda sin contenido armónico

Cuando una onda periódica no tiene esta forma sinusoidal se dice que tiene contenido armónico,lo cual puede alterar su valor pico y/o valor RMS causando alteraciones en el funcionamiento normal de los equipos que estén sometido a esta tensión.
La frecuencia de la onda periódica se denomina frecuencia fundamental y los armónicos son señales cuya frecuencia es un múltiplo entero de esta frecuencia.

La Figura 2 muestra una onda de tensión con un contenido del 30% del 5º armónico.Figura 2.Onda con contenido armónico

B. ¿Qué causa el contenido armónico?

En general, cualquier tipo de carga no lineal conectada al sistema eléctrico causará distorsión armónica. A continuación se muestra una lista de ejemplos comunes de fuentes de armónicas en sistemas de potencia, entre las que se citan algunas cuyos efectos se pueden despreciar de manera segura en sistemas de distribución:a. Saturación de transformadores
b. Corrientes de energización de transformadores
c. Conexiones al neutro de transformadores
d. Fuerzas magneto motrices en máquinas rotatorias de corriente alterna
e. Hornos de arco eléctrico
f. Lámparas fluorescentes
g. Fuentes reguladas por conmutación
h. Cargadores de baterías
i. Compensadores estáticos de VAr’s
j. Variadores de frecuencia paramotores (“drives”), inversores
k. Convertidores de estado sólido

Es importante señalar que las armónicas son una situación de estado estable, por lo que no se deben confundir con fenómenos transitorios. Aun y cuando las corrientes de energización en los transformadores son transitorios en sistemas eléctricos, también se pueden citar dentro de fuentes que producen armónicas si operan en sistemas quepresentan una resonancia aguda en alguna de las frecuencias de esta corriente (en su mayoría la 2da, 3ra, 4ta y 5ta armónicas). Esto causaría una distorsión en voltaje que a su vez afectará a la corriente de energización del transformador, por ende excitando aún más la frecuencia de resonancia del sistema e incrementando la distorsión en voltaje hasta niveles que pueden degradar o dañar equipo enforma instantánea o eventual.

III. Efectos de las armónicas
Los efectos producidos por las armónicas en los componentes de los sistemas eléctricos han sido analizados tanto para circuitos particulares como para toda una red interconectada, no obstante en algunos casos es muy difícil cuantificarlos en forma específica puesto que dependen de muchos factores.
A continuación se presentará un...