contenido armonicos en líneas de alimentación. Soluciones, filtros. Problemas típicos a causa de armónicos frecuentes

1. 22 • Electroinstalador • JUNIO 2009
523.6 Número de conductores car-
gados (a considerar para el cálculo)
523.6.1 A los efectos del calentamien-
to y del cálculo de la capacidad de
transporte o intensidad de corriente
admisible, el número de conductores
cargados a considerar en un circuito,
es el de aquellos conductores que
transportan efectivamente la corriente
de carga. Cuando se pueda suponer
que en un circuito polifásico los con-
ductores transportan corrientes equili-
bradas con contenido armónico no
superior al 15%, no es necesario tener
en cuenta la corriente del conductor
neutro correspondiente. Bajo estas
condiciones un cable tetrapolar o pen-
tapolar puede considerarse que tiene
la misma capacidad de transporte de
corriente o corriente admisible que un
cable tripolar, considerando para
ambos la misma sección, el mismo
material conductor, el mismo material
aislante y la misma formación (clase)
para cada conductor de línea.
Cuando se indica la corriente admisi-
ble en un cable tetrapolar o en un
cable pentapolar, sobre la base de
considerar que todos sus conductores
están cargados, se debe tener en
cuenta que si en esos cables (tetrapo-
lares o pentapolares) sólo estuvieran
cargados tres conductores, la corriente
admisible de dichos tres conductores,
en este caso puede ser mayor.
523.6.2 Cuando el conductor neutro en
un cable multipolar, transporta corrien-
as armónicas de tensión y/o
corriente causan distintos perjui-
cios en los componentes de la instala-
ción eléctrica, a saber:
Conductores
La presencia de corriente armónicas
incrementa el Valor Cuadrático Medio
de la Corriente, lo que provoca más
pérdidas y sobrecalentamiento.
Además, la corriente alterna tiende a
fluir hacia la superficie externa de un
conductor (“Efecto Piel”), efecto que es
más pronunciado a altas frecuencias,
lo que ocasiona pérdidas adicionales
y sobrecalentamiento.
Los interruptores automáticos termo-
magnéticos comunes, los cuales usan
un mecanismo de activación que res-
ponde al efecto de calentamiento de la
corriente del circuito, podrían activarse
debido al sobrecalentamiento causado
por las armónicas.
Conductor neutro
En el caso de los circuitos trifásicos
con cargas no lineales, las armónicas
de orden impar múltiplos de 3 (3ª, 9ª,
15ª, etc.), no se cancelan sino que se
suman en el conductor neutro (Fig. 1),
por lo que la corriente en el conductor
neutro puede ser mayor que la corrien-
te de fase. El peligro consiste en un
excesivo sobrecalentamiento del cable
neutro, además de causar caídas de
voltaje, entre el neutro y la tierra,
mayores de lo normal.
Nota aclaratoria: en la Reglamen-
tación AEA 90364, en su Parte 5 se indi-
ca lo siguiente (parcial):
i
Como enfrentar los problemas
originados por las armónicas
L
continúa en página 24 u
La “calidad de la energía”
que se debe procurar en
toda instalación eléctrica se
logra con un diseño
adecuado.
Con éste se evitan los
problemas que resultan de
la generación de corrientes
armónicas por las cargas
no lineales, y con ello se
disminuyen pérdidas y
gastos de operación de
la instalación.
Solución
Use conductores eléctricos y barras de
mayor dimensión y tamaño, para evitar
las pérdidas y activaciones causadas
por las armónicas, separe las cargas
lineales de las no lineales (que causan
armónicas) y reemplace los paneles e
interruptores automáticos donde sea
necesario.
Solución
Se recomienda que el tamaño del con-
ductor neutro sea el doble que el del
conductor de fase cuando los circuitos
alimentan cargas no lineales.
Opcionalmente debe proveerse un con-
ductor neutro aparte para cada fase.
Asimismo, otra alternativa para bloquear
el flujo de armónicas que tienden a cir-
cular por el neutro, es utilizar transfor-
madores con conexión delta - estrella.
A
B
C
Corrientes de 3ra armónica sumadas
en el conductor neutro
Corrientes fundamentales balanceadas
suman 0, pero corrientes de 3ra
armónica balanceadas coinciden.
Corriente de neutro no tiene componentes
en la frecuencia fundamental, pero en la
3ra armónica es el 300% del valor de la
corriente de fase.
Figura 1.

2. 24 • Electroinstalador • JUNIO 2009
viene de página 22u
Como enfrentar los problemas originados por las armónicas
i
te debido a un desequilibrio en los con-
ductores de línea el aumento de tem-
peratura en el conductor neutro está
compensado por la reducción de calor
generada por uno o más conductores
de línea. En esos casos la sección del
conductor neutro debe ser elegida en
función de la mayor corriente de línea.
En todos los casos el conductor neutro
deberá tener una sección que haga
que no se exceda la temperatura límite
en el conductor (ver Tabla 52.23 de la
Reglamentación AEA).
523.6.3 Cuando el conductor neutro
transporte una corriente, sin la corres-
pondiente reducción de la carga en los
conductores de línea, el conductor
neutro debe ser computado como un
conductor cargado, y deberá ser tenido
en cuenta para la determinación de la
corriente admisible del circuito. Tales
corrientes pueden, por ejemplo, ser
debidas a la presencia de corrientes
armónicas en los circuitos trifásicos. Si
el contenido armónico es mayor que el
15 %, el conductor neutro no deberá
tener una sección inferior a los con-
ductores de línea. La sección de los
conductores debe elegirse en función
de los efectos térmicos debidos a la
presencia de corrientes armónicas y
sus correspondientes factores de
reducción que se indican en la Tabla
C.52-1 del Anexo C de la Parte 5 de la
Reglamentación AEA 90364 que se
transcribe más abajo.
En estas condiciones el circuito trifási-
co con neutro debe ser considerado
como constituido por cuatro conducto-
res cargados y la determinación de la
corriente admisible de los conductores
debe ser afectada de un factor de
corrección debido a la carga del neutro.
Dicho factor es de 0,86, independien-
temente del método de instalación, y
es aplicable, entonces, a las corrientes
admisibles válidas para tres conducto-
res cargados (el Reglamento de
Francia NFC-15100 adoptó un valor
más conservador ya que fijó el factor de
corrección en 0,84 en lugar de 0,86).
Las tablas de corrientes admisibles
poseen columnas para dos y para tres
conductores cargados, pero no existe
ninguna columna para cuatro conduc-
tores cargados. Por ello, la determina-
ción de la corriente admisible para cua-
tro conductores cargados debe ser
realizada aplicando el factor 0,86 a las
corrientes admisibles válidas para tres
conductores cargados, sin perjuicio de
los demás factores de corrección
eventualmente aplicables, como, por
ejemplo, los referidos a la temperatura
ambiente, resistividad térmica del
terreno y agrupamiento de circuitos.
Alternativamente, el factor de correc-
ción debido a la carga del neutro
puede ser determinado caso por caso,
de acuerdo con el método de instala-
ción, aceptando que cuatro conducto-
res cargados corresponden a dos cir-
cuitos de dos conductores cargados
cada uno. En estas condiciones, el fac-
tor de corrección, debido a la carga de
neutro corresponde, entonces, al fac-
tor de agrupamiento para dos circuitos
y para el método de instalación consi-
derado y es aplicable a las corrientes
admisibles para dos conductores car-
gados. (ver tabla 1)
Adicionalmente la Reglamentación
AEA 90364, en su Parte 5 cláusula
524.2 dice lo siguiente:
524.2 Sección del conductor neutro
524.2.1 El conductor neutro, si existie-
ra, en los siguientes casos, deberá
tener como mínimo la misma sección
que los conductores de línea:
• en sistemas monofásicos de dos con-
ductores, cualquiera que sea la sec-
ción de los conductores.
• en sistemas monofásicos con tres
conductores y en sistemas polifásicos
y, cuando la sección de los conducto-
res de línea sea menor o igual a 16 mm²
en cobre o 25 mm² en aluminio.
• en circuitos trifásicos susceptibles de
transportar corrientes de tercera armó-
nica o corrientes armónicas múltiplos
impares de tres, con tasas armónicas
comprendidas entre el 15 y el 33%.
Nota: Tales tasas armónicas se
encuentran por ejemplo en circuitos
que alimentan luminarias que incluyan
lámparas de descarga como las fluo-
rescentes.
524.2.2 En los circuitos polifásicos
cuyos conductores de línea tengan
una sección mayor que 16 mm² cobre
o 25 mm² aluminio, el conductor neutro
puede tener una sección menor que
los conductores de línea si se cumplen
simultáneamente las siguientes condi-
ciones:
• la corriente transportada por el circui-
to en servicio normal se supone equili-
brada y la tasa de tercera armónica y
sus múltiplos impares no es superior al
15% en los conductores de línea. La
máxima corriente esperada, incluyen-
do los armónicos si existieran, suscep-
tible de recorrer el conductor neutro en
el servicio normal, no debe ser supe-
rior a la corriente admisible de la sec-
ción reducida del neutro.
• el conductor neutro debe ser protegi-
do contra sobrecorrientes según las
reglas del Capítulo 43.
• la sección del conductor neutro debe
ser por lo menos igual a 16 mm² cobre
o 25 mm² aluminio.
Nota: Usualmente la sección reducida
del neutro no es inferior al 50% de la
sección de los conductores de línea.
continúa en página 26 u
Factores de corrección para las armónicas de corriente
en cables de cuatro y cinco conductores
Tabla 1
Contenido de tercera
armónica en la
corriente de línea (%)
Selección basada en
la corriente de línea
Factor de corrección
Selección basada en
la corriente de neutro
(%) 15
15 < (%)  33
33 < (%)  45
(%) > 45
1,00
0,86
-
-
-
-
0,86
1,00

3. 26 • Electroinstalador • JUNIO 2009
viene de página 24u
Como enfrentar los problemas originados por las armónicas
i
524.2.3 Cuando la tasa de corriente de
tercera armónica y sus múltiplos impa-
res es superior al 33%, puede ser
necesario dimensionar al conductor
neutro con una sección mayor que la
sección de los conductores de línea.
Nota: Tales tasas armónicas se
encuentran por ejemplo en circuitos
dedicados a aplicaciones con equipos
de tecnología de la información (ETI).
a) Si son empleados cables multipola-
res en los que la sección del conductor
neutro es igual a la sección de los con-
ductores de línea, la sección debe ser
elegida a partir de una corriente en el
conductor neutro igual a 1,45 veces la
corriente prevista de utilización en los
conductores de línea.
b) Si son empleados cables unipola-
res, la sección de los conductores de
línea puede ser menor que la sección
del conductor neutro, efectuándose el
dimensionamiento de la siguiente
forma:
1. Para los conductores de línea,
según la corriente prevista de utiliza-
ción Ib,
2. Para el conductor neutro para una
corriente igual a 1,45 veces la corrien-
te prevista de utilización en los con-
ductores de línea.
Capacitores
Se sobrecargan los capacitores de
corrección del factor de potencia debido
a que las corrientes armónicas fluyen a
través de la ruta de baja impedancia de
los capacitores en lugar de regresar al
transformador de distribución. Además,
cuando los capacitores y las inductan-
cias del sistema de distribución de
potencia forman un circuito paralelo
resonante que tiene una frecuencia de
resonancia cercana a una armónica de
carga significativa presente, la corriente
armónica resultante puede incrementar-
se sustancialmente sobrecargando los
capacitores y haciendo volar los fusi-
bles de los mismos. (ver figura 2)
Nota aclaratoria: En la cláusula
557.2.5.3 de la Parte 5 de
Reglamentación AEA 90364 se trata el
tema de “Sobrecorrientes” en instala-
ciones con capacitores. Allí se indica
que cada capacitor unitario debe poder
operar en forma continua con una
corriente eficaz de línea de 1,3xIN. (1,3
veces el valor de la corriente que pro-
duciría la tensión asignada con forma
senoidal, a la frecuencia asignada, con
exclusión de los transitorios). Estas
sobrecorrientes pueden ser provoca-
das por una tensión de frecuencia fun-
damental de mayor valor al nominal de
la red, por las armónicas o por una
combinación entre ambos fenómenos.
Transformadores y motores
Un transformador alimentando cargas
no lineales y un motor alimentado con
una tensión y corriente distorsionados
se sobrecalientan debido a las corrien-
tes parásitas y al “Efecto Piel”. Esto ori-
gina pérdidas adicionales en el transfor-
mador y, en el motor, y tienden a invertir
su dirección, reduciendo el torque y oca-
sionando vibraciones.
Nota aclaratoria: En la Norma
Europea (CENELEC) EN 50464-3 se
define un factor K que tiene en cuenta
un factor de reducción de la potencia
de los transformadores como conse-
cuencia de las armónicas (o lo que es
lo mismo un factor de sobredimensio-
namiento). Por ejemplo un transforma-
dor de 1000 kVA que alimenta una
carga con armónicas que tiene un fac-
tor de potencia FP de 0,85 (no confun-
dir con el cos φ que sólo se puede defi-
nir en ausencia de armónicas) y un fac-
tor K de 1,8 (que tiene en cuenta las
armónicas, tomando en consideración
además la relación entre las pérdidas
en el cobre y las pérdidas en el hierro)
puede entregar realmente:
Este valor refleja la influencia de las
armónicas en la potencia que el trans-
formador puede entregar.
Otras recomendaciones para redu-
cir las armónicas
Las recomendaciones para controlar la
magnitud de las corrientes armónicas
generadas se pueden resumir en:
• Uso de filtros pasivos para establecer
un camino de baja impedancia para las
corrientes armónicas de forma que cir-
culen por el filtro y no por la fuente de
alimentación.
Separación entre circuitos lineales y no lineales
Forma de onda
de la tensión de
alimentación
Forma de onda
de la tensión
aplicadaa la
carga lineal
Corriente en
la carga lineal
Forma de onda
de la tensión
aplicada a la
carga no lineal
Corriente
en la carga
no lineal
Carga no
lineal
Impedancia
del cable
Impedancia
del cable
Punto de
acoplamiento
común
Carga lineal
Impedancia
del cable
Figura 2.
Solución
Se puede evitar la resonancia añadiendo
una inductancia en serie con el capacitor
para desintonizar la frecuencia de reso-
nancia del sistema o alternativamente
instalar una red de corrección kvar dise-
ñada especialmente.
Solución
En el caso de los transformadores se debe
limitar la carga que se les coloca de modo
que suministren una potencia menor que la
nominal. En el caso de los motores de
inducción, separarlos de los circuitos que
generan armónicas (mandos de velocidad
variable, equipos electrónicos de gran
tamaño, etc.). La práctica general es limitar
la distorsión total de la tensión por armóni-
cas a un valor menor a 5%.
P=SxFP/K = 1000x0,85/1,8= 472 kW
continúa en página 28 u

4. 28 • Electroinstalador • JUNIO 2009
viene de página 26u
Como enfrentar los problemas originados por las armónicas
i
• Uso de filtros activos, que son com-
pensadores activos de armónicos.
• Uso de transformadores de separa-
ción que separan las armónicas múlti-
plos de 3 de la fuente de alimentación.
• Uso de reactores de línea para
corriente alterna.
• Realizar una nueva distribución de car-
gas y balance eléctrico de la instalación.
• Mayor dimensionado de los transfor-
madores y cables para disminuir las
perturbaciones.
• Realizar un mantenimiento predictivo
de la instalación eléctrica.
• Separar las cargas lineales de las no
lineales.
nes de la onda de las instalaciones
eléctricas llamadas armónicas de ten-
sión y corriente. Por lo que con el fin de
disminuir los gastos y pérdidas de ope-
ración de la instalación eléctrica cons-
truida, debemos de seguir las reco-
mendaciones anteriores.
• Realizar un monitoreo continuo del
sistema.
La “Calidad de Energía” que se debe
procurar en toda instalación eléctrica,
se logra con un diseño adecuado en el
cuál se debe contemplar la instalación
de conductores eléctricos de cobre de
un calibre mayor al especificado, con
lo cuál, frente a un incremento de la
carga que soporta el sistema, se evitan
los problemas que resultan de la gene-
ración de armónicas.
Por todo lo expuesto, queda claro que
el uso de equipos electrónicos moder-
nos que nos ofrecen simplificación en
nuestras tareas, aumentan nuestra
producción y mejoran nuestra calidad
de vida, también provocan deformacio-
Fuente
PROCOBRE PERU
Centro de Promoción del Cobre
Lima - Perú
l
Notas Aclaratorias por:
Ing. Carlos A. Galizia
Consultor en Seguridad Eléctrica
Secretario del CE 10 “Instalaciones
Eléctricas en Inmuebles” de la AEA