Generalidades sobre los armónicos

Generalidades sobre los armónicos y su influencia en
los sistemas de distribución de energía
1. Introducción
2. Origen de los armónicos
3. Principales disturbancias causadas por armónicos de corriente y voltaje
4. Frecuencias de los armónicos
5. Armónica cero
6. Diferentes formas de onda de la tensión y la corriente
7. Índices de distorsión armónica
8. Estudio de los armónicos en eldominio de la frecuencia
9. Diversidad y curvas del contenido de armónicos
10. Contenido normal de armónicos
11. Flujo de potencia armónico
12. Rediseño de sistemas de distribución o de la instalación eléctrica del
usuario
13. Métodos para analizar los armónicos
14. Recomendaciones para disminuir el efecto de los armónicos
15. Referencias

INTRODUCCION.
En un sistema de potencia eléctrica,los aparatos y equipos que se conectan a él, tanto por
la propia empresa como por los clientes, están diseñados para operar a 50 ó 60 ciclos, con
una tensión y corriente sinusoidal. Por diferentes razones, se puede presentar un flujo
eléctrico a otras frecuencias de 50 ó 60 ciclos sobre algunas partes del sistema de potencia
o dentro de la instalación de un usuario. La forma de onda existenteesta compuesta por un
número de ondas sinusoidales de diferentes frecuencias, incluyendo una referida a la
frecuencia fundamental. En la figura 1 se observa la descomposición de una onda
distorsionada en una onda sinusoidal a la frecuencia fundamental (60 Hz) más una onda
de frecuencia distinta. El término componente armónico o simplemente armónico, se
refiere a cualquiera de las componentessinusoidales mencionadas previamente, la cual es
múltiplo de la fundamental. La amplitud de los armónicos es generalmente expresada en
porciento de la fundamental.

Figura 1[4]. Descomposición de una onda distorsionada
Los armónicos se definen habitualmente con los dos datos más importantes que les
caracterizan, que son:



su amplitud: hace referencia al valor de la tensión ointensidad del armónico,
su orden: hace referencia al valor de su frecuencia referido a la fundamental (60 Hz).
Así, un armónico de orden 3 tiene una frecuencia 3 veces superior a la fundamental, es
decir 3 * 60 Hz = 180 Hz.

El orden el armónico, también referido como el rango del armónico, es la razón entre la
frecuencia de un armónico fn y la frecuencia del fundamental (60 Hz).

(Porprincipio, la fundamental f1 tiene rango 1).
Cualquier fenómeno periódico puede ser representado por una serie de Fourier:

Donde:
= Es la componente de corriente directa, la cual es generalmente cero
en sistemas eléctricos de distribución [1].
Valor rms de la componente (nth) armónica.
Angulo de fase de la componente (nth) armónica cuando t =0.
Los armónicos por encima del orden 23 sondespreciables [1].
La cantidad de armónicos es generalmente expresada en términos de su valor rms dado
que el efecto calorífico depende de este valor de la onda distorsionada.

Para una onda sinusoidal el valor eficaz es el máximo valor dividido por raíz de 2. Para una
onda distorsionada, bajo condiciones de estado estable, la energía disipada por el efecto
Joule es la suma de las energías disipadaspor cada una de las componentes armónicas:

Donde:

o también:

(suponiendo que la resistencia se tome como una constante)

Este cálculo permite intuir uno de los principales efectos de los armónicos que es el
aumento de la intensidad eficaz que atraviesa una instalación debido a las componentes
armónicas que lleva asociada una onda distorsionada.
El porciento de armónico y la distorsióntotal armónica cuantifican la disturbancia
armónica que puede existir en una red de suministro eléctrico.
La tasa de armónicos o porciento de armónicos, expresa la magnitud de cada armónico con
respecto a la fundamental.
La distorsión total armónica (THD), cuantifica el efecto térmico de todos los armónicos. La
CIGRE propone la siguiente expresión para el cálculo de esta magnitud:

THD...