Armonicos

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ARMÓNICOS

INTRODUCCION

Los armónicos 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. Con el creciente aumento en el uso de cargas no lineales(procedentes dela electrónica de potencia), se han empezado a tener algunos problemas en las instalaciones eléctricas debido a los efectos de las componentes armónicas de corrientes y voltajes en el sistema eléctrico, que no se contemplaban anteriormente. Entre estos están el sobre calentamiento de cables, transformadores y motores, corrientes excesivas en el neutro, fenómenos de resonancia entre loselementos del circuito (si se cuentan con bancos de capacitores para corrección del factor de potencia) y en general la calidad en el suministro de energía eléctrica se ha ido deteriorando por la distorsión presente en los voltajes y corrientes. Esta situación puede llegar a causar un funcionamiento incorrecto de muchos equipos (especialmente los menos robustos) que han sido diseñados para operar bajocondiciones normales (poca distorsión armónico). Además, se presenta un incremento en los costos de operación como resultado de algunos factores ligados a la generación de armónicos. Estos problemas han sido ampliamente analizados en libros y artículos, se han desarrollado equipos de medición sofisticados que permiten realizar estudios acerca de éstos y además se cuenta con prácticas recomendadaspara tener cierto grado de control sobre los mismos. Se presentará un análisis de los efectos más comunes provocados por los armónicos en los sistemas eléctricos.

FUENTES DE ARMONICOS.

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 armónicos 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 magnetomotrices en máquinas rotatorias de corriente alterna
e. Hornos de arco eléctrico
f. Lámparas fluorescentes
g. Fuentes reguladas porconmutación
h. Cargadores de baterías
i. Compensadores estáticos de VAr’s
j. Variadores de frecuencia para motores (“drives”), inversores
k. Convertidores de estado sólido

Es importante señalar que los armónicos 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 ensistemas eléctricos, también se pueden citar dentro de fuentes que producen armónicos si operan en sistemas que presentan una resonancia aguda en alguna de las frecuencias de esta corriente (en su mayoría la 2da, 3ra, 4ta y 5ta armónicos). 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 deresonancia del sistema e incrementando la distorsión en voltaje hasta niveles que pueden degradar o dañar equipo en forma instantánea o eventual.

EFECTO DE LOS ARMONICOS.

Los efectos producidos por los armónicos 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 difícilcuantificarlos en forma específica puesto que dependen de muchos factores. A continuación se presentará un compendio de los mismos, citando las referencias correspondientes.

a. Efecto en cables y conductores: al circular corriente directa a través de un conductor se produce calentamiento como resultado de las pérdidas por efecto Joule, I2R, donde R es la resistencia a corriente directa del...
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