Este documento describe los armónicos en sistemas eléctricos de potencia y sus efectos. Explica que las cargas no lineales generan corrientes no sinusoidales que distorsionan las formas de onda y aumentan las pérdidas. También puede reducir la vida útil de equipos como transformadores y motores, e interferir en el control y protección del sistema.

1. w w w . i n a c a p . c l
Armónicos en SistemasArmónicos en Sistemas
Eléctricos de PotenciaEléctricos de Potencia

2. w w w . i n a c a p . c l
INTRODUCCIÓN
La presencia de las armónicas en sistemas eléctricos de potencia de baja
Tensión ha sido reconocida por muchos años. Eso, sin embargo,
solamente en tiempos recientes, la proliferación de aparatos generadores
de armónicas ha aumentado hasta tal grado que alguna atención debe ser
dada al problema.
Convencionalmente los sistemas eléctricos de potencia son diseñados
para operar con voltajes y corrientes sinusoidales. Sin embargo, las
cargas no lineales y electrónicamente conmutadas pueden distorsionar el
estado estacionario de la forma de onda.
La propagación de las armónicas en los sistemas eléctricos puede tener
como resultado un incremento en las pérdidas y posiblemente una merma
de vida útil de los equipamientos, interferencia en el control y protección
de equipos.

3. w w w . i n a c a p . c l
QUE SON LOS ARMÓNICOS
La problemática de las perturbaciones armónicas en redes eléctricas
tiene diversas características entre las cuales es importante destacar su
naturaleza. En efecto, tanto en el punto de inyección de estas
componentes armónicas, como en su propagación a través de toda la
red eléctrica se puede apreciar esta naturaleza. Los desequilibrios de
fase en la red también contribuyen a que los convertidores presenten
una mayor contribución en la generación de componentes armónicas.

4. w w w . i n a c a p . c l
ALGUNAS DEFINICIONES REF. A ARMONICAS
Componente Fundamental: es la componente de orden uno (1) del desarrollo en serie
de Fourier de una onda periódica
Componente Armónica: es aquella componente de un orden superior a 1 del desarrollo
en serie de Fourier de una forma de onda periódica
Orden de una componente Armónica: es el número entero obtenido del cuociente
entre la frecuencia de la componente armónica y la frecuencia de la componente
fundamental.
Armónicas de Tensión: es una tensión sinusoidal con una frecuencia igual a un
múltiplo entero de la frecuencia fundamental del voltaje de suministro. Las armónicas de
voltaje en un sistema de suministro son causadas principalmente por las corrientes
armónicas que fluyen a través de las impedancias del sistema. Las armónicas de
corriente son generadas predominantemente por los equipos de los consumidores
finales cuyas características de tensión/corriente son no lineales.

5. w w w . i n a c a p . c l
ALGUNAS DEFINICIONES REF. A ARMONICAS
Armónica dominante: es la componente de la serie de
Fourier que presenta la mayor amplitud.
Armónicas pares: son las componentes de la serie de Fourier cuya frecuencia es un
múltiplo par de la frecuencia fundamental.
Armónicas impares: componentes de la serie de Fourier cuya frecuencia es un
múltiplo impar de la frecuencia fundamental.

6. w w w . i n a c a p . c l
CONCEPTO DE ARMONICAS
Entender el significado que es dado a una forma de onda distorsionada
puede ser facilitado si se conoce la composición de frecuencias de la
onda.
El Efecto de varias armónicas es mostrado en la siguiente figura
Bajo condición de estado estacionario periódico, la forma de onda de
corriente y tensión desformada pueden ser expresados por la serie de
Fourier.

7. w w w . i n a c a p . c l
SECUENCIA DE UNA ONDA SENOSOIDAL
INICIALMENTE PURA
v(t) v 1 (t)
i1
(t)
i(t)
i2 (t)
v(t) v 1 (t)
i1
(t)
i(t)
i2 (t)

8. w w w . i n a c a p . c l
0 50 100 150 200 250 300 350
-1
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
0 50 100 150 200 250 300 350
-1
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
0 50 100 150 200 250 300 350
-1
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
0 50 100 150 200 250 300 350
-1
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
0 50 100 150 200 250 300 350
-1
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
0 50 100 150 200 250 300 350
-1
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Suma de señales sinusoidales
⇒ señal Rectangular
1ª 5ª 7ª
11ª 13ª

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ORIGEN DEL PROBLEMA
La proliferación de los dispositivos de electrónica de potencia ha
influido notablemente en el aumento del nivel de armónicas en las
redes eléctricas. Este aumento de la contaminación eléctrica o
distorsión de las formas de onda de tensión y corriente debido a las
armónicas de frecuencias distintas a la fundamental, se debe al
desarrollo y perfeccionamiento de los semiconductores de potencia
que ha motivado la utilización de aparatos como conversores
estáticos, dada su eficiencia y fiabilidad en el control de la energía
eléctrica. Así como también hornos de arcos, debido a sus
características especiales para fundir metales y otros dispositivos de
electrónica de potencia que tienen un comportamiento no lineal.

10. w w w . i n a c a p . c l
ORIGEN DEL PROBLEMA
Los niveles de perturbación armónica de estas fuentes se pueden
clasificar en dos categorías, la primera en un rango de frecuencias
armónicas menores que la fundamental (50 [Hz]) y que sólo será
nombrada, la segunda corresponde a las frecuencias mayores que 50
[Hz]).
I. Señales de frecuencias menores a 50 [Hz]
Si algún equipo produce este tipo de señal, llamadas también
subarmónicas, éstas podrían ocasionar parpadeos luminosos
perceptibles que son molestos para el ojo humano (por ej. Flicker,
rango 0.1 a 25 [Hz]).
II. Señales de frecuencias mayores a 50 [Hz] (Armónicas)
El origen de las señales perturbadoras en los sistemas de distribución
industrial -que producen un aumento en la distorsión de voltaje y
corriente del sistema- se debe a los siguientes factores:

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El aumento en la utilización de equipos de electrónica de potencia,
los cuales tienen características de voltaje y corriente no
sinusoidales, comportándose como verdaderas fuentes que inyectan
corrientes armónicas al sistema. Entre estos aparatos se encuentran
los rectificadores, inversores, convertidores de frecuencias,
compensadores estáticos de reactivos y cicloconversores.
El incremento en la aplicación de los bancos de condensadores, ya
sea para corregir factor de potencia o regulación de voltaje, los
cuales pueden estar ubicados próximos a fuentes generadoras de
armónicas propiciando la condición de resonancia, la cual puede
magnificar el nivel de armónicas existente.

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EQUIPOS Y EFECTOS
EQUIPO EFECTOS OBSERVADOS
Transformador Sobrecalentamiento si el factor K es elevado (superior a 2,7) y la carga es superior al
90% de la nominal.
Condensadores Los condensadores (de compensación de factor de potencia, de iluminación, por
ejemplo) se queman si la corriente por ellos es más que 1,3 veces su corriente
nominal.
Motores de Inducción Sobrecalentamiento y vibraciones excesivas si la distorsión de tensión es superior al
5%
Cables de conexión Sobrecalentamiento si el valor efectivo de la corriente (medido con un instrumento true
rms) es superior al que soporta el cable.
Equipos de Computación Pérdidas de algunos datos y daños en algunas componentes electrónicas debido a
que el voltaje máximo es superior al nominal o a que existe un diferencial de voltaje
entre neutro ytierra.

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EQUIPOS Y MEJORAS
EQUIPO O INSTALACIÓN PROYECTO O MEJORAMIENTO
Distribución de Electricidad  Dimensionamiento de conductores considerando armónicas
 Disminución de lascorrientes por el neutromediante balance de cargas.
 Disminución de lascorrientes armónicasmediante filtros ytransformadores de
aislación.
 Tableros separados para equipos sensibles
Condensadores  Sustitución porcondensadores antiresonantes
Equipos Contaminantes  Mejoramiento de los equipos (exigencia a los fabricantes de ubicar filtros de
línea o reactancias serie).
 Transformadores de aislación

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FORMAS DE ONDAS TÍPICAS
Las siguientes figuras la forma de onda típica de la corriente
consumida por un variador de frecuencia y la corriente después de
incorporar un filtro activo.
Variador de Frecuanecia Sin Compensar

15. w w w . i n a c a p . c l
FORMAS DE ONDAS TÍPICAS
Las siguientes figuras la forma de onda típica de la corriente
consumida por un variador de frecuencia y la corriente después de
incorporar un filtro activo.
Variador de Frecuencia Compensada

16. w w w . i n a c a p . c l
Cargas No Lineales
Son los principales responsables de la contaminación armónica de
los sistemas eléctricos, y son clasificados según su potencia en:
Cargas identificables: cargas no lineales de alta potencia y de
uso industrial.
- Convertidores estáticos de Potencia.
- Hornos eléctricos.
Cargas no identificables: cargas no lineales de baja potencia y
uso residencial (efecto multiplicador).
- Computadores Personales.
- Televisores.
- Equipos de Iluminación.

17. w w w . i n a c a p . c l
Cargas No Lineales de Baja Potencia

18. w w w . i n a c a p . c l
Cargas No Lineales de Baja Potencia

19. w w w . i n a c a p . c l
Cargas no lineales generan corrientes no
sinusoidales que al circular por el sistema
de distribución distorsionan el voltaje
• La distorsión en el voltaje se debe a la caída de tensión en
las impedancias de transformadores, barras, líneas y
cables, producto de la circulación de corrientes no
sinusoidales.
• Valor de la impedancia equivalente referida al punto de
conexión de las cargas tiene una alta incidencia en la
capacidad de contaminación en un sistema eléctrico.

20. w w w . i n a c a p . c l
EFECTOS QUE PRODUCEN LOS ARMONICOS
El incremento en el uso de las cargas no lineales principalmente, la
proliferación de diversas fuentes de generación de armónicos está
causando un incremento de problemas armónicos en los sistemas de
potencia.
El efecto de distorsión de voltaje puede ser dividido de manera general
en 3 categorías:
Esfuerzos en el aislamiento debido a los efectos de voltaje.
Esfuerzos térmicos debido al flujo de corriente.
Trastornos en la carga

21. w w w . i n a c a p . c l
EFECTOS QUE PRODUCEN LOS ARMONICOS
• Aumentan las pérdidas en los sistemas de distribución.
• Afecta la operación de las cargas : motores, conversores,
transformadores.
• Reduce la confiabilidad del sistema por el aumento de la probabilidad
de resonancia.
• Aparición de valores altos de voltaje y corriente debido a resonancias.
• Problemas en el aislamiento de cables debido al incremento de la
tensión dieléctrica.

22. w w w . i n a c a p . c l
EFECTOS QUE PRODUCEN LOS ARMONICOS
• Errores en Instrumentos de medición.
• Interferencia en sistemas de comunicación.
• Operación anormal de sistemas de rectificación de estado sólido.
• Operación incorrecta de dispositivos de protección.
• Pérdidas en alimentadores debido a las armónicas.

23. w w w . i n a c a p . c l
ESFUERZOS EN LOS AISLAMIENTOS
DEBIDO A LOS ARMONICAS
Los esfuerzos en el aislamiento dependen fundamentalmente de
voltajes instantáneos y de manera secundaria de incrementos en el
voltaje. La presencia de armónicos en el voltaje puede resultar en un
incremento en el valor pico en el voltaje y con ello incrementar el
esfuerzo en el aislamiento.
Los bancos de capacitores, son muy sensibles a los sobrevoltajes y
deben ser protegidos contra sobrevoltajes producidos por las
armónicas

24. w w w . i n a c a p . c l
FILTROS ACTIVOS DE ARMÓNICAS
Los filtros activos de armónicas son equipos de electrónica de
potencia que utilizan semiconductores de rápida conmutación e
inyectan corrientes armónicas en la red de alterna.
Microprocesadores basados en circuitos lógicos son necesarios
para monitorear la corriente total de la carga, determinar el
contenido armónico y controlar la secuencia de switcheo de los
semiconductores de potencia para generar la forma de onda de
corriente de manera de mitigar las armónicas en el sistema
eléctrico

25. w w w . i n a c a p . c l
PROPIEDADES DE LOS FILTROS ACTIVOS
PARALELOS
−Compensación de armónicas en sistemas monofásicos y trifásicos
hasta alrededor de la 50ª armónica.
−Compensación de la potencia reactiva fundamental.
−Eliminación de corrientes armónicas en los conductores neutros.
−Independientes de:
 La dirección de la corriente a compensar.
 La fase de la corriente.
 La asimetría de la corriente.
 Calidad del voltaje.
 La impedancia de la red.
−Alto dinamismo.
−No se producen resonancias.
−Protección interna por sobrecargas.
−Compatibilidad con compensación convencional instalada.

26. w w w . i n a c a p . c l
DISEÑO Y APLICACIÓN DE FILTROS
ACTIVOS
Estos productos se pueden disponer para ser usados en:
- Líneas de distribución pública.
- Punto común de conexión para facilidad del consumidor.
- Dentro de sistemas trifásicos de distribución.
- En sistemas trifásicos de cuatro hilos.
- Para eliminar armónicas en el conductor neutro.

27. w w w . i n a c a p . c l
RAZONES PARA INSTALAR LOS
MITIGADORES DE ARMÓNICOS.
Evitamos la quemazón de equipos digitales, tarjetas electrónicas y
fuentes switching producto de resonancias en el sistema, que al
mitigar la distorsión, disminuimos estos eventos en un 95%.
Mejora del Factor de Potencia (cos φ) en los sitios, sin necesidad de
instalar bancos de condensadores evitando multas en el consumo de
energía.
Evitamos el sobrecalentamiento de motores y transformadores.
Evitamos el aumento excesivo de corriente en el neutro.
Evitamos los errores en procesos y pérdida de datos.
Evitamos el retraso del ángulo de disparo en tiristores (fuentes
switchig).
.Evitamos los flickers (titilación) en el alumbrado.

28. w w w . i n a c a p . c l
NORMA ELECTRICA
4.9.1 Los límites establecidos para las Armónicas individuales de
tensión en sistemas o redes eléctricas se presentan en la
siguiente tabla:
Armónicas Impares
No múltiplo de 3
Armónicas Impares
múltiplo de 3
Armónicas Pares
Orden Armónica tensión (%) Orden Armónica tensión (%) Orden Armónica tensión (%)
h ≤ 110kV >110 kV h ≤ 110kV >110 kV h ≤ 110kV >110 kV
5 6 2 3 5 2 2 2 1,5
7 5 2 9 1,5 1 4 1 1
11 3,5 1,5 15 0,3 0,3 6 0,5 0,5
13 3 1,5 21 0,2 0,2 8 0,5 0,4
17 2 1 >21 0,2 0,2 10 0,5 0,4
19 1,5 1 - - - 12 0,2 0,2
23 1,5 0,7 - - - >12 0,2 0,2
25 1,5 0,7 - - - - - -
>25 0,2+1,3*25/h 0,2+0,5*25/h - - - - - -

29. w w w . i n a c a p . c l
NORMA ELECTRICA
4.9.2 Para tensiones iguales o inferiores a 110 kV en sistemas o
redes eléctricas, el THD-V deberá ser inferior a 8 % para el
período de medición mínimo de siete días consecutivos.
Para tensiones superiores a 110 kV en sistemas o redes eléctricas, el
THD-V deberá ser inferior a 3 % para el período de medición.

30. w w w . i n a c a p . c l
NORMA ELECTRICA
Los límites establecidos para las armónicas impares individuales de
corriente en sistemas o redes eléctricas se presentan en la siguiente
tabla
Vn ≤ 69 kV
Icc / IL h < 11 11 ≤ h < 17 17 ≤ h < 23 23 ≤ h < 35 35 ≤ h
<20
20-50
50-100
100-1000
>1000
4,0
7,0
10,0
12,0
15,0
2,0
3,5
4,5
5,5
7,0
1,5
2,5
4,0
5,0
6,0
0,6
1,0
1,5
2,0
2,5
0,3
0,5
0,7
1,0
1,4
69 kV < Vn ≤ 161 kV
Icc / IL h < 11 11 ≤ h < 17 17 ≤ h < 23 23 ≤ h < 35 35 ≤ h
<20
20-50
50-100
100-1000
>1000
2,0*
3,5
5,0
6,0
7,5
1,0*
1,75
2,25
2,75
3,5
0,75*
1,25
2,0
2,5
3,0
0,3*
0,5
1,25
1,0
1,25
0,15*
0,25
0,35
0,5
0,7
Vn > 161 kV
Icc / IL h < 11 11 ≤ h < 17 17 ≤ h < 23 23 ≤ h < 35 35 ≤ h
<50
> 50
2,0
3,5
1,0
1,75
0,75
1,25
0,3
0,5
0,15
0,25

31. w w w . i n a c a p . c l
NORMA ELECTRICA
Los límites establecidos para THD-I en sistemas o redes eléctricas
se presentan en la siguiente tabla:
Vn ≤ 69 kV
Icc / IL THD - I
< 20
20-50
50-100
100-1000
> 1000
5,0
8,0
12,0
15,0
20,0
69 kV < Vn ≤ 161 kV
Icc / IL THD - I
< 20
20-50
50-100
100-1000
> 1000
2,5
4,0
6,0
7,5
10,0
Vn > 161 kV
Icc / IL THD - I
< 50
> 50
2,5
4,0

32. w w w . i n a c a p . c l
NORMA ELECTRICA
* : Valores exigibles para todo tipo de generador en el punto común de
acoplamiento al sistema troncal.
Vn : Tensión nominal de 50 Hz
Icc : Corriente de cortocircuito máxima en el punto común de
acoplamiento
IL : Corriente máxima en la carga (de frecuencia fundamental) o consumo,
en el punto común de acoplamiento.
NOTA : Valores límites de tensiones armónicas expresados en % de la
tensión de frecuencia fundamental.
NORMA CNE

33. w w w . i n a c a p . c l
CONCLUSIÓN
Contaminación armónica de sistemas eléctricos puede transformarse
en un problema serio en el futuro.
Una buena reglamentación eléctrica debiera tender a regular este
problema.
Desarrollo de nuevas tecnologías que ayuden a disminuir la
contaminación armónica.