Armonicas y sus efectos

Introducción

Muchas veces en nuestros hogares hemos visto “variaciones en la luz” a través de la iluminación, cambios bruscos en los reguladores de voltaje para las computadoras, y otros problemas más provocados por fenómenos naturales. Como la tecnología ha ido avanzando los dispositivos electrónicos modernos son muy sensibles ante la “calidad de energía” que estos reciben y por laexistencia de una onda que no es una sinusoidal perfectamente pura, sino que debido a las condiciones de generación, transmisión y utilización de la electricidad no son ideales teniendo una onda distorsionada o bien una distorsión armónica; como veremos más adelante las armónicas son difíciles de detectar en las instalaciones y redes con los equipos de medición comunes. Las armónicas también son generadaspor las cargas que absorben corriente en impulsos bruscos o bien las cargas no lineales, que a diferencia de las cargas lineales que absorben corriente “suavemente” en forma sinusoidal. Los circuitos que causan armónicas no los podemos analizar en la forma fasorial debido a que las armónicas constan de diferentes frecuencias a partir de una frecuencia fundamental por lo que se necesitan losmétodos de Fourier para poder analizar un circuito que contenga armónicas. Las armónicas afectan principalmente el funcionamiento de transformadores, maquinas rotatorias, hornos de arco, lámparas fluorescentes, bancos de capacitores, cables, conductores, interruptores y barras de neutros. Más adelante también veremos algunos métodos por medio de conexiones para reducir el efecto de las armónicas en lossistemas eléctricos.

¿Que son las armónicas y como se originan?

Son aquellos voltajes o corrientes cuyas frecuencias son múltiplos de una frecuencia fundamental ω0 de la fuente de alimentación, cabe destacar que en los sistemas con frecuencia de 60Hz las armónicas características son la tercera (180Hz), quinta (300Hz), y séptima (420Hz). Las armónicas son causadas por el uso de las cargasno lineales las cuales tienen un consumo de corriente en impulsos bruscos que distorsionan la onda de corriente sinusoidal, la corriente distorsionada busca el lugar más fácil (es decir menos resistencia) propagándose así por varios lugares y en algunas veces se regresa por el sistema de distribución. Algunas fuentes comunes causantes de armónicas son las siguientes:

• Transformadoressaturados

• Corrientes de alergización de transformadores

• Conexiones al neutro de los transformadores

• Hornos de arco eléctrico

• Lámparas fluorescentes

• Fuentes reguladas por conmutación

• Cargadores de baterías

• Compensadores estáticos de Var’s

• Variadores de frecuencia para motores inversores

• Convertidores de estado Solido

Enun futuro se prevé un aumento importante de armónicas en las redes eléctricas debido al uso en gran escala de autos eléctricos que requieren recargar sus baterías en grandes bancos de rectificación además de los convertidores de grandes volúmenes de energía producidos por fuentes no convencionales de energía.

Efecto de las Armónicas

• Efecto en cables y conductores: al circularcorriente directa a través de un conductor se produce calentamiento como resultado de las pérdidas por efecto Joule, I2 R, donde R es la resistencia a corriente directa del cable y la corriente está dada por el producto de la densidad de corriente por el área transversal del conductor. A medida que aumenta la frecuencia de la corriente que transporta el cable (manteniendo su valor rms igual al valor decorriente directa) disminuye el área efectiva por donde ésta circula puesto que la densidad de corriente crece en la periferia exterior, lo cual se refleja como un aumento en la resistencia efectiva del conductor. Por lo tanto, la resistencia a corriente alterna de un conductor es mayor que su valor a corriente directa y aumenta con la frecuencia, por ende también aumentan las pérdidas por...