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16 febrero, 2017

Las indeseables armónicas en la distribución de energía eléctrica

Las indeseables armónicas en la distribución de energía eléctrica

La energía eléctrica es generalmente distribuida en tres formas de onda de tensión que constituyen -idealmente- un sistema trifásico sinusoidal. Conservar esta traza desde la producción hasta el uso final de la electricidad es indispensable para que la transferencia de potencia sea de buena calidad, efectiva.

En la mayor parte del siglo XX las aplicaciones eléctricas -o cargas– dominantes en el comercio y en la industria fueron los motores, los dispositivos de calefacción y los de alumbrado, aplicaciones éstas que “no alteraban” la forma de onda sinusoidal distribuida por la empresa de servicio en frecuencia fundamental de 60, o de 50 Hz, según su normalización. No obstante, unas pocas industrias, como las siderúrgicas y las de tratamiento de aluminio que emplean hornos de arco, distorsionan la forma de onda debido a que el flujo de corriente en su proceso productivo no es lineal (proporcional) con la tensión sinusoidal del suministro.

 

De hecho, en las últimas décadas el crecimiento exponencial de las aplicaciones informáticas y de la electrónica de potencia ha dado lugar, en las redes eléctricas, a cargas que presentan un comportamiento no-lineal en su condición normal de operación, similar a un funcionamiento en régimen no sinusoidal del sistema completo, debido a la distorsión en las formas de onda de tensión y de corriente. Tal distorsión está compuesta por una onda sinusoidal de frecuencia igual a la normalizada para el suministro general, y por otras sinusoides componentes denominadas armónicas cuyas frecuencias son precisamente múltiplas enteras de la normalizada o fundamental.

onda sinusoidal de frecuencia

Las armónicas son consideradas un tipo de perturbación que afecta a la calidad de la forma de onda de tensión suministrada por las compañías distribuidoras de electricidad. Como la mayoría de los equipos conectados a la red de energía eléctrica ha sido diseñada para funcionar con tensiones sinusoidales, la existencia de armónicas puede dar lugar a malos funcionamientos. Por esta razón, se han establecido normas que por un lado limitan las emisiones armónicas de las “cargas perturbadoras”, y por el otro fijan niveles de referencia que las empresas de servicio deben vigilar para minimizar el nivel de distorsión en sus redes eléctricas.

 

En el ámbito de la distribución de electricidad, la distorsión armónica individual (proporción de la magnitud de la fundamental que representa una armónica determinada) de tensión no debe superar 3%, y la total 5% (“módulo” de todas magnitudes armónicas respecto de la misma fundamental) de acuerdo con la IEEE (1992), o según Félice (2001), en 6% y 8% respectivamente, en el ámbito de las instalaciones eléctricas de baja tensión.

 

Naturalmente, las armónicas de corriente son el origen de las armónicas de tensión porque circulan por las impedancias de los conductores y los artefactos eléctricos que encuentran. Así, la contaminación armónica en una instalación eléctrica es menor cuando el equipo perturbador es de baja potencia en comparación con la disponible en la red considerada. La corriente distorsionada debida a la carga presenta en este caso una pequeña amplitud y encuentra una baja impedancia (la de fuente y línea). Para cuantificar la contaminación en la instalación eléctrica se mide la distorsión de tensión en los terminales del secundario del transformador de distribución.

terminales del secundario del transformador

En la figura anterior se ilustra la degradación de la tensión de la red debido a una carga no-lineal o generadora de armónicas (HGL, harmonic generator load). En el punto de acoplamiento común (PCC, point of common coupling) se suman las corrientes lineal y no-lineal, y la resultante causa una caída de tensión no-lineal en la impedancia de la línea entre la fuente y el PCC. La medida de las armónicas de corriente es lo que permitirá determinar cuál o cuáles son las fuentes perturbadoras existentes en la red eléctrica.

 

Finalmente, es el cúmulo de cargas perturbadoras que dan lugar a armónicas de corriente importantes en la red eléctrica lo que produce un nivel de contaminación inquietante, y más cuando las impedancias de la fuente y de los conductores de la línea son elevadas.

 

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Félice E. (2001). Perturbaciones Armónicas. Thomson Editores Spain Paraninfo S.A. España.

Ferracci P. (2000). Power Quality. ECT 199. Schneider Electric. Francia.

IEEE. (1992). IEEE-519 Recommended Practices and Requirements for Harmonic Control in Electric Power Systems. Estados Unidos de América.

Fuente: josespina

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