Armónicas en los Sistemas Eléctricos



Origen del Problema: Fuentes Armónicas

Introducción


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.

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:

  • 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.


Conversores Estáticos de Potencia

Se entenderá como conversores estáticos de potencia a los aparatos basados en dispositivos electrónicos de estado sólido (diodos y tiristores) que pueden ser equipos rectificadores, convertidores de frecuencia, inversores, cicloconversores y compensadores estáticos de potencia reactiva.

Los conversores de potencia están presentes en la industria en muchas formas y aplicaciones. En potencias elevadas estos conversores exhiben elevados índices de disponibilidad, confiabilidad y rendimiento a costos razonables. Su campo de aplicación cubre desde rectificación de altas corrientes (electrorefinación), hasta accionamiento de grandes máquinas en continua o alterna (cicloconversores).

Todos estos equipos tienen una característica común que es requerir o absorber corriente del sistema que es no sinusoidal. Por lo tanto, todos ellos son gobernados por las mismas leyes básicas que permiten un análisis de su comportamiento. Durante el funcionamiento normal de estos equipos, aparecen armónicas de tensión y/o corrientes en las redes. Para el caso de los rectificadores por ejemplo, se generan armónicos tanto en el lado de continua como en el alterno, donde las del lado continuo son del orden:

h=k*p

y las del lado alterno son del orden:

h=k*p±1

siendo

h : orden de armónico
p : número de pulsos del rectificador
k : un entero positivo 1, 2, 3 ....

Luego, se tienen que por cada armónico en el lado continuo existen dos en el lado alterno, siendo los del lado alterno los más perjudiciales para el sistema.

Para un análisis más detallado ver:

Rectificador de 6 pulsos
Rectificador de 12 pulsos
Convertidores de Frecuencia
Contaminantes de potencia pequeña


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