armonicas de lso sistemas eletronicos

EFECTOS DE LAS ARMÓNICAS EN LOS SISTEMAS ELÉCTRICOS
1. Introducción.
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. Con el crecienteaumento en el uso de cargas no lineales (procedentes de la 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 sobrecalentamiento de cables, transformadores y motores, corrientes excesivas en elneutro, fenómenos de resonancia entre los elementos del circuito [1, 2] (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 [3, 4, 5] 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 bajo condiciones normales (poca distorsión armónica). Además, se presenta un incremento en los costos de operación como resultado de algunos factores ligados a la generación de armónicas. Estos problemas han sido ampliamente analizados en la libros [3, 6, 7] y artículos, se han desarrollado equipos de medición sofisticados que permitenrealizar estudios acerca de éstos y además se cuenta con prácticas recomendadas [8] para tener cierto grado de control sobre los mismos. Se presentará un análisis de los efectos más comunes provocados por las armónicas en los sistemas eléctricos, en conjunto con una extensa bibliografía para el lector interesado en profundizar en el tema.
Fuentes de Armónicas
En general, cualquier tipo de cargano 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 [9], 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 alneutro de transformadores
d. Fuerzas magnetomotrices 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 para motores (“drives”), inversores
k. Convertidores de estado sólido
Síntomas de contenido armónico encomponentes de la red de distribución eléctrica.
Los síntomas de los armónicos suelen presentarse en el equipo de distribución de corriente que soporta las cargas no lineales. Estas son básicamente de dos tipos: monofásicas y trifásicas. En las oficinas predominan las cargas monofásicas no lineales, mientras que en el ámbito industrial las más extendidas son las cargas trifásicas. 1. Conductoresneutros. En condiciones normales, con una carga trifásica lineal equilibrada, las porciones fundamentales a 50 Hz de las corrientes de cada fase se anulan mutuamente en el conductor neutro. En un sistema de cuatro conductores con cargas no lineales, ciertas armónicas impares denominadas “triplens” (múltiplos impares de los terceros armónicos: 3º, 9º, 15º, etc.) no se anulan entre sí, sino que sesuman en el conductor neutro. En sistemas con muchas cargas monofásicas no lineales, la corriente del neutro puede llegar a superar el valor de las corrientes de fase. En este caso, el peligro es un excesivo calentamiento, al no existir en el conductor neutro ningún interruptor automático que limite la corriente como ocurre en los conductores de las fases. Una corriente excesiva en el conductor...