transformadores

LOS ARMONICOS EN LAS INSTALACIONES ELECTRICAS

1. PLANTEAMIENTO GENERAL DEL PROBLEMA

Idealmente, tanto la tensión en un barraje de suministro de energía eléctrica como
la corriente resultante deben presentar formas de onda perfectamente
senosoidales. En la práctica estas formas de onda están distorsionadas, por causa
de los armónicos, los cuales son señales cuya frecuencia es un múltiploentero de
la fundamental, la suma de estas señales da como resultado la señal
distorsionada original, siendo esta 60 Hz ,y los armónicos que mas se generan en
los sistemas eléctricos son los de orden impar, tales como 180 Hz el tercer
armónico, 300 Hz el quinto armónico, 420 Hz el séptimo armónico y así
sucesivamente. Para efectos de estudio estas desviaciones con respecto a la
fundamentalse expresan en términos de distorsión armónica, (en ingles) THD .
En este documento se tratará la base matemática para analizar los armónicos,
en detalle se analizan los conversores estáticos de potencia , los cuales son los
mayores generadores de armónicos en las empresas actuales y también se
observaran los efectos de tener pequeños contaminantes de potencia como los
computadores, en grandescantidades en un sistema eléctrico.
La distorsión armónica en los sistemas de potencia no es un fenómeno nuevo, los
esfuerzos para limitarla a proporciones aceptables ha sido el interés de ingenieros
de potencia desde los primeros días de los sistemas de distribución. Entonces, la
distorsión era ocasionada típicamente por la saturación magnética de
transformadores o por ciertas cargasindustriales, tales como hornos o soldadores
de arco. El mayor interés eran los efectos de los armónicos sobre motores
sincrónicos y de inducción, interferencia telefónica, y fallas en capacitores de
potencia. En el pasado, los problemas de armónicos podían ser tolerados porque
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los equipos tenían un diseño conservador y las conexiones Estrella aterrizada delta de los transformadores se usaronpara cancelar los armónicos del lado
primario al secundario o viceversa.
Las cargas conectadas a la red cuyo comportamiento es no lineal,
específicamente los conversores estáticos de potencia (rectificadores, variadores
de frecuencia..entre otros), introducen o dan origen a la aparición de armónicos de
tensión y/o corriente en las redes de corriente alterna. Esto provoca una serie de
efectosnegativos a los demás elementos que se encuentran conectados a la red.
A continuación se presenta una clasificación de estos problemas:
•

Deterioro de la capacidad dieléctrica en materiales aislantes por
sobretensión.

•

Fallas de aislamiento y aumento de pérdidas debido a corrientes armónicas
excesivas.

•

Mal funcionamiento de equipos de protección, control y medida.

Engeneral, es difícil identificar la causa de los dos primeros problemas
mencionados, ya que por tratarse de fenómenos de régimen permanente, sus
efectos dependen de la historia de operación, son acumulativos en el tiempo y
cuando ocurre una falla no son directamente asociados a su causa real.
En la figura 1, se muestra un esquema simplificado de un sistema eléctrico
cualquiera, donde una de lascargas es un conversor estático de potencia. El
conversor en este caso actúa como una fuente que inyecta corrientes armónicas
(Ih) al sistema, distorsionando la tensión en el punto común de conexión con otros
consumidores (PCC), así como también la de otros nodos en la red que se
encuentran más alejados.

Figura 1.

Esquema de un Sistema Eléctrico simplificado con carga no
lineal inyectandocorrientes armónicas.
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La figura 2 ilustra la onda senosoidal de corriente alterna a la frecuencia
fundamental (60 Hz) y su 2do, 3ro, 4to, y 5to armónico, en cada gráfica se
observa la relación de frecuencia angular de las ondas (w), entre mayor es el
armónico (w) se hace mas grande.

Figura 2. Forma de onda de los armónicos 2, 3, 4, 5 o y el fundamental
La Figura 3 muestra como una...