Causas, problemas, diagnostico y corrección de armónicos

Los armónicos son tensiones y corrientes eléctricas que en un sistema eléctrico pueden causar problemas de calidad de energía.

Debido a que los equipos y las maquinas pueden funcionar mal o fallar en presencia de altos niveles de voltajes y/o corrientes armónicas, la distorsión armónica se ha convertido en una preocupación creciente para los administradores de instalaciones, los usuarios de equipos de automatización e ingenieros.

Si bien la presencia de armónicos no impedirá el funcionamiento de una fábrica u oficina, el grado de impacto depende de cuánto pueda soportar el sistema de alimentación y cuán susceptible sea el equipo a la distorsión armónica.

¿Que causa los armónicos?

Los armónicos son creados por equipos electrónicos con cargas no lineales que generan la corriente en pulsos cortos abruptos. Los pulsos cortos causan formas de onda de corriente distorsionadas, lo que a su vez hace que las corrientes armónicas vuelvan a otras partes del sistema de potencia.

Los armónicos son especialmente frecuentes cuando hay muchas computadoras personales, impresoras láser, máquinas de fax, fotocopiadoras o equipos de pruebas médicas, iluminación fluorescente, sistemas de alimentación ininterrumpida (UPS) y variadores de velocidad, todo en el mismo sistema eléctrico.

Los armónicos degradan el nivel de calidad de la energía y su eficiencia, particularmente en un edificio comercial o instalación industrial. En general, la mayoría de los edificios pueden soportar cargas no lineales de hasta el 15% de la capacidad total del sistema eléctrico sin preocupación. Si las cargas no lineales superan el 15%, pueden producirse algunas consecuencias negativas no aparentes.

Problemas comunes causados por los armónicos.

Sobrecarga de conductores de neutro: El sistema trifásico consta de tres conductores de fase individuales y un conductor neutro.

Si todos los conductores de fase llevan la misma corriente, las corrientes de fase tienden a cancelarse entre sí siempre que haya una carga equilibrada. Esta carga equilibrada permite reducir el tamaño del conductor neutro.

Desafortunadamente, las fuentes de alimentación conmutadas utilizadas en las computadoras tienen una corriente de tercer armónico muy alta. Mientras que las corrientes armónicas se cancelan en el cable neutro, la tercera corriente armónica es aditiva en el neutro. En edificios con una gran cantidad de computadoras personales instaladas, el cable neutro puede transportar corrientes mucho más altas de las que el cable fue diseñado, creando un posible riesgo de incendio.

Transformadores sobrecalentados y mayores pérdidas asociadas: Para los transformadores que alimentan cargas que producen armónicos, la pérdida de corriente parásita en los devanados es el componente de pérdida más dominante en el transformador.

Esta pérdida de corriente parásita aumenta proporcionalmente al cuadrado de la corriente armónica del producto y su frecuencia correspondiente. La pérdida total del transformador totalmente cargado que alimenta a una carga no lineal es dos veces mayor que para una carga lineal equivalente. Esto provoca un calentamiento excesivo del transformador y degrada los materiales de aislamiento en el transformador, lo que eventualmente conduce a la falla del transformador.

Disparo molesto de los interruptores, breakers o disyuntores: Todos los circuitos que contienen capacitancia e inductancia tienen una o más frecuencias de resonancia. Cuando cualquiera de las frecuencias resonantes corresponde a la frecuencia armónica producida por cargas no lineales, puede ocurrir una resonancia armónica. El voltaje y la corriente durante la frecuencia resonante pueden estar altamente distorsionados. Esta distorsión puede causar disparos molestos en un sistema de energía eléctrica, que en última instancia puede resultar en pérdidas de producción.

Cómo diagnosticar y arreglar armónicos:

Un analizador de armónicos es el instrumento más efectivo para realizar un análisis detallado de la calidad de la energía para determinar las formas de onda del voltaje y la corriente en los respectivos espectros de frecuencia. Un analizador de armónicos también es útil en los casos en que la falta de síntomas obvios le impide determinar si los armónicos son motivo de preocupación.

Un analizador de armónicos se usa para proporcionar un análisis detallado de la fuente sospechosa. Usando estos datos, la función de relación armónica calcula un valor de 0% a 100% para indicar la desviación de la forma de onda sinusoidal y no sinusoidal. Este valor indica la presencia de armónicos.

Si bien hay varios productos disponibles en el mercado diseñados para tratar con armónicos, cada uno requiere un análisis cuidadoso para garantizar una aplicación adecuada. Ambos filtros de armónicos pasivos y activos se pueden aplicar en situaciones específicas.

Los filtros de armónicos pasivos son los más comunes y siempre están diseñados a medida para la aplicación o el sitio. Los filtros de armónicos activos son una tecnología relativamente nueva que ganará cuota de mercado rápidamente a medida que su costo inicial se vuelve competitivo con la variedad pasiva.