1. UNEFA. ARMONICOS REDES II
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Armónicos en las líneas, causas y como atenuarlos
Leonel Arnias 16.154.608
e-mail: l_arnias69@hotmail.com
Roxani Salom 14.753.527
e-mail: rdcsg1980@hotmail.com
RESUMEN: El fenómeno de los armónicos es un
problema creciente, tanto para los suministradores de Las fuentes de armónicas las podemos clasificar en:
electricidad como para los usuarios.
Este fenómeno relativamente nuevo, debido al cada vez Fuentes tradicionales
mayor uso de equipos electrónicos en todos los
ambientes, concierne a todas las redes eléctricas de los Nuevas fuentes de armónicas
sectores, terciario, industrial y doméstico. Ningún
entorno moderno puede escapar a esta distorsión Futuras fuentes armónicas
debida a equipos tales como : microordenadores,
servidores, tubos fluorescentes, climatizadores,
variadores de velocidad, lámparas de descarga, FUENTES TRADICIONALES
rectificadores, sistemas de alimentación ininterrumpida,
hornos microondas, televisores, iluminación halógena Antes del desarrollo de los convertidores estáticos, la
etc. Distribución armónica se asociaba con el diseño y la
operación de máquinas eléctricas y transformadores. De
Causas, efectos, distorsiones, soluciones hecho la principal fuente de armónicas en esos días. De
hecho la principal fuente de armónicas en esos días era
la corriente de magnetización de los transformadores de
INTRODUCCIÓN potencia.
Los transformadores y máquinas rotatorias modernas
Una función periódica no senoidal puede ser bajo
descompuesta en la suma de una función senoidal de la Operación en estado estable no ocasionan por sí
frecuencia fundamental y de otras funciones senoidales, mismas distorsión significativa en la red. Sin embargo,
cuyas frecuencias son múltiplos enteros de la frecuencia durante disturbios transitorios y cuando operan en
fundamental. Estas funciones adicionales son conocidas rangos fuera de su estado normal, entonces pueden
como componentes armónicas o simplemente como incrementar su contenido en forma considerable. Otras
Armónicos. dos cargas lineales que conviene considerar debido a su
contribución armónica son los hornos de arco y la luz
ARMONICO fluorescente.
DEFINICION TRANSFORMADORES
Los armónicos son distorsiones de las ondas En un núcleo ideal sin pérdidas por histérisis, el flujo
senosoidales magnético y la corriente de magnetización necesaria
de tensión y/o corriente de los sistemas eléctricos, para producirlo están relacionadas entre sí mediante la
debido curva de magnetización del acero utilizado en las
al uso de cargas con impedancia no lineal, a materiales laminaciones. Aún en estas condiciones, si graficamos la
ferromagnéticos, y en general al uso de equipos que corriente de magnetización vs. el tiempo para cada valor
necesiten realizar conmutaciones en su operación de flujo, la forma de onda dista mucho de ser senoidal.
normal Cuando se incluye el efecto de histéresis, esta corriente
magnetizante no senoidal no es simétrica con respecto a
Los armónicos se comportan como fuentes de su valor máximo. La distorsión que se observa se debe a
intensidad dispuestas en paralelo y a diferentes las armónicas triples (3a., 9a., 12a., etc.), pero
frecuencias donde la suma de todas las intensidades es principalmente a la 3a. Por lo que para mantener una
la corriente que alimenta a la carga (múltiplos enteros de alimentación de voltaje necesario proporcionar una
una frecuencia fundamental). trayectoria para estas armónicas triples, lo que
generalmente se logra con el uso de devanados
conectados en delta.
Las armónicas debidas a la corriente de magnetización
se elevan a sus niveles máximos en las horas de la
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madrugada, cuando el sistema tiene muy poca carga y
el nivel de tensión es alto.
Al desenergizar un transformador, es posible que tenga
flujo magnético residual en el núcleo. Cuando se re-
energiza la unidad, la densidad de flujo puede alcanzar Corriente de Inrush
niveles de pico de hasta tres veces el flujo de operación
normal.
Esto puede llevar al núcleo del transformador a niveles Transformadores estrella-
extremos de saturación y producir amperes-vuelta estrella
excesivos en el núcleo.
Este efecto da lugar a corrientes de magnetización de 5
a 10 p.u. de la corriente nominal (comparada con la
corriente de magnetización nominal de apenas el 1% ó
2% de la corriente nominal).
El decremento de esta corriente con el tiempo es función Medición de armónicos:
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Principalmente de la resistencia del devanado primario. Para medir armónicos utilizaremos multímetros de valor
Para transformadores muy grandes, esta corriente eficaz de pico de 1 ms con un factor de cresta igual a 3,
puede permanecer por muchos segundos, debido a su y que indiquen la frecuencia de la corriente: ya que los
baja resistencia. multímetros normales sólo miden valores eficaces en
señales sinusoidales (valor 111), en señales cuadradas
realizan la lectura a un 10% por encima del valor real, y
EFECTOS DE LOS ARMÓNICOS en señales distorsionadas hasta 40% por debajo, ya que
este tipo de multímetro tiene la siguiente característica:
El incremento en el uso de las cargas no lineales
principalmente, la incorporación de sistemas de TRUE RMS : F.C. = V pico/ V efic. = 1,414 = √2
transmisión de CD y la proliferación de diversas fuentes
de generación de armónicos está causando un CAUSAS
incremento de problemas armónicos en los sistemas de
potencia. Origen y efectos de los armónicos
El efecto de distorsión de voltaje puede ser dividido de
manera general en 3 categorías: El origen del problema de armónicos son los receptores
que consumen corrientes distorsionadas (no
• Esfuerzos en el aislamiento debido a los efectos senoidales). A pesar de que la tensión en origen suele
de voltaje. ser senoidal, las caídas de tensión provocadas por
dichas corrientes no senoidales hacen que en los puntos
• Esfuerzos térmicos debido al flujo de corriente. de consumo (PCC, “Point of common coupling, en fig. 2)
se tenga una tensión distorsionada y por tanto los
• Trastornos en la carga. usuarios conectados a la red distorsionada
sufren los efectos de los usuarios que generan la
distorsión de corriente.
Fuentes de frecuencia armónicas Cualquier aparato que altere la forma de la onda
senoidal o que sólo use una parte de la onda causa
distorsiones de la forma de onda y en consecuencia
Convertidores de AC-DC Elementos magnéticos armónicos. Todas las señales quedarán afectadas. La
saturables situación más común es la distorsión armónica debida a
cargas no lineales como equipos electrodomésticos,
ordenadores personales, controladores de velocidad de
Hornos de arco AC-DC Capacitores en paralelo motores. La distorsión armónica produce corrientes de
valores significativos a las frecuencias de orden impar
Balastros de lámparas Variadores de velocidad de de la frecuencia fundamental
fluorescentes motores Las distorsiones armónicas afectan considerablemente
al conductor de neutro de las instalaciones eléctricas.
Motores de inducción Oscilaciones de baja
En la mayoría de países la red de alimentación es
sobrecargados frecuencia
trifásica con 50/60Hz con conexión triángulo en el
primario y conexión estrella en el secundario del
Convertidores multifase Problemas de neutro transformador. El secundario generalmente entrega
230V AC entre fase y neutro y 400V AC entre fases. El
balanceado de las cargas para cada fase es el problema
Capacitores serie de los diseñadores de sistemas eléctricos.
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MAL FUNCIONAMIENTO DE DISPOSITIVOS DE SOLUCIONES
ESTADO SOLIDO
Condensadores con aislamiento reforzado tipo FMR
La distorsión armónica puede causar el mal
funcionamiento de los dispositivos de estado sólido si Estos condensadores se emplean cuando el nivel de
sus controles son sensibles al cruce por cero de la onda armónicos presente, aun siendo reducido, es suficiente
de voltaje. Las condiciones de resonancia y distorsión para provocar sobretensiones y sobreintensidades en
típicas del problema de las armónicas pueden originar los condensadores que superen lo indicado en las
que las formas de corriente y voltaje crucen por cero normas. Estos condensadores están fabricados con
más de una vez en el medio ciclo. dieléctrico reforzado especialmente seleccionado para
trabajar en condiciones adversas presentan gran
Otros problemas de mal funcionamiento son: resistencia a las sobrecargas permanentes.
• Inducción de errores en equipos de medición
Sus principales características son:
•Disparo en falso de relés e interruptores
U trabajo Max = 2
•Operación inestable de circuitos de disparo que utilizan
el cruce por cero. UN I trabajo Max = 2,2 IN
•Interferencia sobre controladores de motores.
Filtros de protección de condensador
FILTROS DE ARMONICOS Los filtros de protección de condensadores se
emplean cuando el objetivo final es la compensación de
La presencia de armónicos puede plantear problemas energía reactiva, a la frecuencia fundamental, en redes
tanto para los condensadores instalados como para el con un alto contenido en armónicos. Su misión consiste
resto de aparatos conectados a la red. Por un lado las en evitar que las corrientes armónicas sobrecarguen el
condiciones de trabajo de los condensadores pueden condensador desviándolas hacia la red. Los filtros de
llegar a ser extremadamente duras o inadmisibles y por protección de condensadores se realizan conectando
otro aparecen perturbaciones y distorsiones en el una reactancia en serie con los condensadores de forma
funcionamiento de equipos electrónicos e informáticos, que la frecuencia de resonancia del conjunto se situé en
redes de telecomunicaciones, transformadores, un valor entre la fundamental y la del armónico inferior
elementos de maniobra, ect. La solución de la que es generalmente el de 5.º orden. De esta manera el
compensación de energía reactiva en redes con conjunto presenta una elevada impedancia inductiva
armónicos se realiza protegiendo los condensadores para todos los armónicos. La conexión provoca que el
mediante filtros de protección o reduciendo el nivel de condensador trabaje a una tensión superior a la de la
armónicos mediante filtros de eliminación. Por último, red. Por este motivo los condensadores que se instalen
también se puede pretender reducir el nivel de con reactancias de protección deberán ser diseñados
armónicos de una instalación sin considerar la para soportar las sobre tensiones que estas provocan. A
corrección del factor de potencia. una instalación de condensadores diseñada para
Generalmente, los armónicos provienen de los trabajar a tensión de red no se le puede instalar
convertidores estáticos presentes en la propia industria, reactancias de protección standard, ya que se haría
aunque también pueden ser inyectados a través de la trabajar a los condensadores a una tensión superior a la
red desde el exterior. En servicio, los convertidores del diseño. La elección del punto de resonancia del
estáticos consumen energía reactiva, que debe ser conjunto LC es un compromiso entre la cantidad de
compensada mediante condensadores, y además armónicos rechazados por el filtro y el incremento
generan corrientes armónicas.
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