ARMÓNICOS: Análisis de perturbaciones

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Análisis de perturbaciones armónicas y procedimientos de estudio:Primera parte

ÍNDICE
1 Perturbaciones armónicas en nuestra instalación
1.1 Costes Técnicos
1.2 Costes Económicos
2 Efecto de los armónicos en el sistema de potencia
2.1 ¿Qué son los armónicos?
2.2 ¿Quién genera los armónicos?
2.3 Relación Corriente y tensión armónica
2.4 ¿Qué efectos producen los armónicos?
3 ¿Cómo analizar un problema de armónicos?
4 Normativas
5 Soluciones
6 Resumen

1. Perturbaciones armónicas en nuestra instalación
En los últimos años, el crecimiento sustancial de los dispositivos electrónicos, destinados a equipar nuestras instalaciones, ha dado lugar a un cambio significativo de los tipos de cargas conectadas al sistema de distribución eléctrico.
No ha pasado mucho tiempo desde que la única preocupación que había para utilizar la energía eléctrica en nuestros hogares, establecimientos y centros productivos era simplemente tener tensión, sin importarnos otra cosa que los diferentes equipos y dispositivos que teníamos funcionaran.
Estos dispositivos, en la actualidad, están equipados con una electrónica que de algún modo u otro consigue proporcionarnos un mayor rendimiento de las tareas, procesos productivos o actividades que desarrollamos. Todo el mundo utiliza ordenadores para uso personal, o para el proceso y control
de cualquier sistema de producción con variadores de velocidad, aire acondicionado, ascensores que se ajustan lentamente al aproximarse a su planta de destino, etc. Estos dispositivos que están equipados con rectificadores, moduladores, etc., distorsionan la forma de onda de la corriente para su correcto funcionamiento. En definitiva, podemos afirmar que todos estos dispositivos y equipos han hecho mejorar nuestra calidad de vida, pero, por el contrario, conlleva una mayor contaminación de nuestro sistema eléctrico.

Esta mayor polución eléctrica es debida, en general, a los armónicos. Los armónicos pueden perturbar el correcto funcionamiento de numerosas máquinas y equipos.
Estas perturbaciones se traducen en costes que difícilmente podemos apreciar o valorar. Estos costes podemos diferenciarlos como:
• Costes Técnicos
• Costes Económicos

1.1. Costes Técnicos
Los costes técnicos son todos aquellos que comportan una pérdida de rendimiento de nuestra instalación.
Es decir:
• Pérdida de capacidad en líneas de distribución de energía
• Sobrecarga de transformadores
• Sobrecarga de conductores
• Caídas de tensión
• Descalificación de los transformadores
• Pérdidas por efecto Joule en líneas y máquinas
• Pérdidas magnéticas en máquinas eléctricas
Normalmente, todos los costes técnicos derivan en costes económicos. Aquí se halla la importancia del control de nuestra instalación.

1.2. Costes Económicos
Los costes económicos son aquellos que podemos cuantificar económicamente, aunque en algunos casos puede ser difícil. Estos costes los podemos dividir en costes visibles y costes ocultos.
Costes visibles: 
• Mayor consumo eléctrico
• Puntas de consumo eléctrico
• Recargo o pago de energía reactiva

Costes ocultos:
• Pérdidas de distribución
• Pérdidas de potencia y energía (por efecto Joule y magnéticas)
• Ampliación de instalaciones
• Paradas de procesos productivos
Todos estos fenómenos pueden encontrase en mayor o menor proporción en función de la propia instalación y de las cargas conectadas

2. Efecto de los armónicos en el sistema de potencia
No todos los problemas de calidad eléctrica que pueden sufrir una instalación son imputables a los efectos de los armónicos. Existe gran variedad de fenómenos y aspectos, no solo eléctricos, que pueden afectar al propio sistema. Como podemos ver en la Fig. 3 el fenómeno de los armónicos es tan solo una porción de las “no idealidades” de onda existente en una instalación y de la red.

Los principales efectos de los armónicos de tensión y corriente en un sistema de potencia se pueden citar:
• La posibilidad de amplificación de algunos armónicos como consecuencia de resonancia serie y paralelo.
• La reducción en el rendimiento de los sistemas de generación, transporte y utilización de la energía.
• El envejecimiento del aislamiento de los componentes de la red y, como consecuencia, la reducción de la energía.
• Mal funcionamiento del sistema o de alguno de sus componentes. Pero, para comprender mejor estos efectos debemos conocer la naturaleza de los armónicos.

2.1. ¿Qué son los armónicos?
Toda forma de onda periódica no-sinusoidal puede ser representada como la suma de ondas sinusoidales cuyas frecuencias son enteros múltiples de la frecuencia fundamental, que denominamos armónicos.

2.2. ¿Quién genera los armónicos?
Los armónicos son producidos por cargas no-lineales que absorben corriente no-sinusoidal. Las cargas más comunes, tanto en entornos industriales como domésticos, son las siguientes:
• Variadores de velocidad/frecuencia
• Lámparas de descarga (Vapor de mercurio, de sodio, bajo consumo, fluorescentes, etc.)
• Rectificadores
• Convertidores C.A./C.C.
• Soldadura por arco
• Hornos de inducción
• SAI
• Ordenadores
• Etc.

2.3. Relación corriente y tensión armónicas
La circulación de corrientes armónicas generadas por cargas lineales a través de las impedancias internas de la red genera una distorsión en la onda de tensión.

Por tanto, a una mayor circulación de corriente armónica generada por las cargas tendremos una mayor caída de tensión. Cuanto más alejados del PCC y más próximos a las cargas distorsionantes, mayor será esta caída de tensión.
Si conectamos cargas sensibles alejadas del PCC y cercanas a dichas cargas distorsionantes, el nivel de distorsión que tendrán puede ser no tolerable y provocar un mal funcionamiento de dichas cargas sensibles.
Un hecho importante es verificar en el PCC en vacío y en carga. Si al comparar los niveles de distorsión en tensión en vacío y en carga, la distorsión no varía, es un indicio de que la distorsión en tensión es de origen externo. En cambio, si aumenta la distorsión en tensión proporcional a la corriente consumida, es un indicio de que la distorsión es de origen interno en nuestra instalación.
De aquí podemos deducir la importancia de evitar la circulación de corrientes armónicas en nuestra red.

2.4. ¿Qué efectos producen los armónicos?
Dentro de la amplia gama de perturbaciones existente en la red, los armónicos producen, en los componentes o elementos, los siguientes efectos:

3. ¿Cómo analizar un problema de armónicos?
Para un correcto análisis de armónicos es necesario disponer de un analizador de redes (analizador portátil AR5L o QNA-P), capaz de medir todas las magnitudes eléctricas de nuestra instalación para su posterior interpretación.

No hay una forma estandarizada para realizar un estudio, pero podemos considerar los siguientes pasos para realizarlo:

 

– Identificación previa de los síntomas que pueden existir en la instalación:

El hecho de desconocer la existencia de alguno de los síntomas (?) no exime la instalación de sufrirlos, al contrario, debemos de tener más cuidado y supervisar la instalación, por ejemplo:mediante la monitorización de los parámetros eléctricos de diferentes puntos de la instalación con analizadores de redes fijos.

Identificados ya los síntomas, y tengamos la información de la instalación (ver puntos anteriores), podemos realizar un diagnóstico apropiado y aportar una o varias soluciones que sean más acertadas y adaptadas a los síntomas. Agradecimientos a: Circutor.com