El documento describe los armónicos, que son distorsiones de las ondas sinusoidales de tensión y corriente en sistemas eléctricos causadas por cargas no lineales. Explica que los armónicos causan problemas como aumento de pérdidas de potencia, sobretensiones y daños a equipos. También describe filtros pasivos que pueden usarse para atenuar los armónicos, como filtros serie y paralelo, y los criterios para seleccionar y ubicar dichos filtros.

1. Universidad Nacional Experimental
Politécnica de la Fuerza Armada
G-004-N
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ARMÓNICO EN LA LÍNEA
Jean Carlos Castillo
16.217.734
Pedro Calvo
11.356.115
QUE SON LOS ARMÓNICOS
RESUMEN: En el presente Trabajo se lleva
a cabo a nivel de ejercicio académico en el que se Los armónicos son distorsiones de las ondas
estudia el sistema de distribución de energía sinusoidales de tensión y/o corriente de los sistemas
eléctrica cuando este es afectado por corrientes y eléctricos, debido al uso de cargas con impedancia no
voltajes armónicos, también es estudiado el efecto de
lineal, a materiales ferromagnéticos, y en general al uso
la colocación de filtros en dicho sistema.
de equipos que necesiten realizar conmutaciones en su
PALABRAS CLAVE: Moldeamiento, cargas no operación normal. La aparición de corrientes y/o
lineales, distorsión armónica, filtros, resonancia serie y tensiones armónicas en el sistema eléctrico crea
paralelo. problemas tales como, el aumento de pérdidas de
potencia activa, sobretensiones en los condensadores,
errores de medición, mal funcionamiento de
INTRODUCCIÓN protecciones, daño en los aislamientos, deterioro de
Los armónicos son distorsiones de las ondas dieléctricos, disminución de la vida útil de los equipos,
sinusoidales de tensión y/o corriente de los sistemas entre otros.
eléctricos, debido al uso de cargas con impedancia no
lineal, a materiales ferromagnéticos, y en general al uso
de equipos que necesiten realizar conmutaciones en su En un sistema de potencia eléctrica, los aparatos y
operación normal. equipos que se conectan a él, tanto por la propia
empresa como por los clientes, están diseñados para
La aparición de corrientes y/o tensiones armónicas en operar a 50 ó 60 ciclos, con una tensión y corriente
un sistema eléctrico crea problemas tales como, el sinusoidal. Por diferentes razones, se puede presentar
aumento de pérdidas de potencia activa,
un flujo eléctrico a otras frecuencias de 50 ó 60 ciclos
sobretensiones en los condensadores, errores de
medición, mal funcionamiento de protecciones, daño en sobre algunas partes del sistema de potencia o dentro
los aislamientos, deterioro de dieléctricos, disminución de la instalación de un usuario. La forma de onda
de la vida útil de los equipos, entre otros. existente esta compuesta por un número de ondas
sinusoidales de diferentes frecuencias, incluyendo una
Las soluciones a dicho problema se realizan en forma referida a la frecuencia fundamental. El término
jerarquizada; primero en forma particular, resolviendo el
problema de inyección de armónicos por parte del componente armónico o simplemente armónico, se
usuario al sistema (diseñando y ubicando filtros en refiere a cualquiera de las componentes sinusoidales
el lado de baja tensión, usando el transformador como mencionadas previamente, la cual es múltiplo de la
barrera); y segundo, resolviendo el problema en forma fundamental. La amplitud de los armónicos es
global, buscando reducir las pérdidas y mantener los generalmente expresada en por ciento de la
niveles armónicos por debajo de los límites
fundamental.
permitidos, en este caso, se trata de un problema de
optimización donde se determina la ubicación de los
compensadores (condensadores, filtros pasivos, filtros CAUSA QUE PRODUZCA LOS
activos). ARMÓNICOS
Independientemente del tipo de compensador utilizado En general, los armónicos son producidos por cargas
para reducir los niveles de armónicos en el sistema o no lineales, lo cual significa que su impedancia no es
en el usuario, se debe analizar la forma en que el constante (está en función de la tensión). Estas cargas
compensador afecta a la impedancia al variar la no lineales a pesar de ser alimentadas con una tensión
frecuencia, esto con el fin de determinar resonancias sinusoidal adsorben una intensidad no sinusoidal,
serie (baja impedancia al paso de corriente) y paralelo pudiendo estar la corriente desfasada un ángulo
(baja admitancia a la tensión de alimentación). respecto a la tensión.
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Existen dos categorías generadoras de armónicos. La Soldadura Eléctrica y Sistemas de Tracción Eléctrica.
primera es simplemente las cargas no lineales en las • Equipos Ferromagnéticos
que la corriente que fluye por ellas no es proporcional a Transformadores Operando Cerca del Nivel de
la tensión. Como resultado de esto, cuando se aplica Saturación, Balastos Magnético.
una onda sinusoidal de una sola frecuencia, la
corriente resultante no es de una sola frecuencia. Efecto De Los Armónicos En los
Transformadores, reguladores y otros equipos Sistema Eléctrico
conectados al sistema pueden presentar un
comportamiento de carga no lineal y ciertos tipos de La Figura b ilustra la respuesta obtenida en el nodo 4, al
bancos de transformadores multifase conectados en final de la línea de transmisión. Las formas de onda
estrella−estrella con cargas desbalanceadas o con distorsionadas de voltaje y su contenido armónico
problemas en su puesta a tierra. Diodos, elementos mostrado en la Figura (c) ilustran el efecto combinado
semiconductores y transformadores que se saturan del desbalance intrínseco del sistema, saturación e
son ejemplos de equipos generadores de armónicos, interacción de armónicos entre estator−rotor en el
estos elementos se encuentran en muchos aparatos generador, saturación del transformador, núcleo
eléctricos modernos. Invariablemente esta categoría de magnético (3 columnas), configuración eléctrica (estrella
elementos generadores de armónicos, lo harán aterrizada−delta) y efecto de la línea de transmisión.
siempre que estén energizados con una tensión
alterna. Estas son las fuentes originales de armónicos
que se generan sobre el sistema de potencia. El
segundo tipo de elementos que pueden generar
armónicos son aquellos que tienen una impedancia
dependiente de la frecuencia.
CONTENIDO NORMAL DE ARMÓNICOS Figura A
Los armónicos crean problemas sólo cuando interfieren
con la operación propia del equipo, incrementando los
niveles de corriente a un valor de saturación o
sobrecalentamiento del equipo o cuando causan otros
problemas similares. También incrementan las pérdidas
eléctricas y los esfuerzos térmicos y eléctricos sobre los
equipos. Los armónicos lo que generalmente originan
son daños al equipo por sobrecalentamiento de
devanados y en los circuitos eléctricos, esta es una
acción que destruye los equipos por una pérdida de vida
acelerada, los daños se pueden presentar pero no son Figura B
reconocidos que fueron originados por armónicos. El
nivel de armónicos presente puede estar justamente
abajo del nivel que pueden causar problemas,
incrementar este valor límite puede presentarse en
cualquier momento y pasar a un valor donde no se
pueden tolerar.
Equipos Que Producen Armónicos
• Convertidores Electrónicos de Potencia
Equipos de Computación, Control de Luminarias, UPS,
Variadores Estáticos de Velocidad, PLC´s, Control de
Motores, Televisores, Microondas, Fax, Fotocopiadoras, Figura C
Impresoras, etc.
• Equipos con Arqueo de Electricidad
Hornos de Fundición, Balastros Electrónicos, Equipos de
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rango de frecuencias, y se emplean cuando las
armónicas no tienen frecuencia fija.
FORMA COMO ATENÚARLO
SELECCIÓN DE FILTROS PASIVOS
La forma más común para atenuar los armónicos es
realizada la instalación de filtro como los mencionamos a La utilización de un filtro como solución al problema
continuación: de armónicos requiere de un análisis detallado de la
respuesta en frecuencia del sistema. Entre los criterios
Filtros pasivos para componentes armónicas de selección del filtro se tienen los siguientes:
El uso de filtros para componentes armónicas en El número de armónicos del sistema a atenuar.
sistemas potencia tiene dos objetivos: Servir de Dependiendo del número de armónicos existentes en
sumidero para las corrientes y tensiones armónicas; y el sistema, se puede determinar la cantidad de filtros
proveer al sistema toda o parte de la potencia (filtro sintonizado o dual) que se podrían ubicar para
reactiva que éste necesita. Los filtros pasivos pueden obtener una atenuación de las componentes armónicas.
ser, según el propósito particular que se persigue, de Esta minimización debe estar acorde con los límites
dos tipos: establecidos por las normas.
 Filtros Series. Los requerimientos del filtro. Se hace referencia
 a la acción correctiva que se desee del filtro
Filtros Shunt o paralelo.
(compensación de reactivos, reducción de la distorsión
armónica, regulación de tensión o todos). Cada
Los Filtros Series evitan el paso de una componente de requerimiento del filtro implica un diseño específico,
frecuencia particular, desde el contaminante hacia tal que el objetivo para el cual se quiere se cumpla.
alguna componente de la planta o parte del sistema de
potencia, mediante la presencia de una gran
impedancia serie a la frecuencia especificada. Estos La energía de cada armónico. La magnitud de cada
constan de un inductor y un capacitor en paralelo que armónico está directamente relacionada con las
se posicionan en serie a la parte de la red que se desea pérdidas que estas componentes armónicas
proteger. ocasionan en el sistema de potencia.
UBICACIÓN DE FILTROS PASIVOS.
Existen dos opciones para ubicar un filtro pasivo
para armónicos
Los Filtros Shunt o paralelo proveen un paso alternativo 1. El alimentador de media tensión con el
de muy baja impedancia para las frecuencias armónicas, fin de disminuir las pérdidas del sistema.
y consisten en una rama resonante serie, compuesta por 2. Cerca de la carga no lineal (baja tensión),
elementos RLC en conexión paralela con el sistema de para evitar la inyección de componentes
alimentación, entre otros. armónicas de corriente al sistema por parte de
la carga.
El filtro paralelo presenta mayores ventajas que el filtro
serie porque: Es más económico, sólo transporta las Los criterios de ubicación del filtro son:
corrientes armónicas para las que fue sintonizado,
proporciona una parte de la potencia reactiva al sistema.  La existencia de cargas altamente
contaminantes. Se debe ubicar el filtro en el
Filtros Shunt o Paralelos Pasivos Existe una gran lado de baja tensión; de esta forma el
variedad de configuraciones de filtros, pero las más transformador de potencia sirve de
utilizadas son los “Filtros Sintonizados Simples” y los amortiguador (aislante de armónicos) tanto de
“Pasa Altos”. las corrientes armónicas provenientes de otras
cargas como de las corrientes armónicas
Filtro Sintonizado Simple. Elimina una armónica generada por la carga, lográndose aislar el
determinada; consiste en un banco de condensadores problema.
conectado en serie con un inductor.
 La existencia de cargas armónicas
distribuidas. Los filtros deben ser ubicados en
Filtros Pasa Altos. Son utilizados para eliminar un amplio
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media tensión y en lugares estratégicos
(óptimos) para evitar la excesiva circulación de
corrientes armónicas por el sistema.
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