Trabajo

EFECTOS DE LAS ARMÓNICAS EN LOS SISTEMAS ELÉCTRICOS A. Tejada, A. Llamas1
Resumen: Se explican en forma general los principales efectos de las armónicas en los componentes de los sistemas eléctricos actuales. Se muestra la necesidad de conocer los mismos para llevar a cabo un diseño o adaptación de los sistemas a las condiciones cambiantes establecidas por los dispositivos no lineales.Palabras Clave: armónicas, cargas no lineales, pérdidas, resonancia.

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 elcreciente aumento 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 enel neutro, 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.

2. Fuentes de Armónicas En general, cualquier tipo decarga no 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
1Ing.

AlexisTejada Peralta: Alumno de la Maestría en Ingeniería Eléctrica del Programa de Graduados en Ingeniería del ITESM Campus Monterrey, atejada@academ01.mty.itesm.mx Dr. Armando Llamas Terrés: Profesor del Departamento de Ingeniería Eléctrica del ITESM Campus Monterrey, allamas@campus.mty.itesm.mx.

c. Conexiones al neutro de transformadores d. Fuerzas magnetomotrices en máquinas rotatorias de corrientealterna 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 Es importante señalar que las armónicas son una situación de estado estable, por lo que no se deben confundir con fenómenos transitorios. Auny cuando las corrientes de energización en los transformadores son transitorios en sistemas eléctricos, también se pueden citar dentro de fuentes que producen armónicas [10] 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 armónicas). Esto causaría una distorsión en voltaje que a su vez afectará a la...