¿Qué causa armónicos en los sistemas eléctricos?

Las armónicas en los sistemas eléctricos son causadas por cargas no lineales que producen formas de onda no sinusoidales de corriente o voltaje en sistemas de corriente alterna. Las armónicas son componentes de ondas sinusoidales con múltiplos enteros de frecuencias distintas a las frecuencias fundamentales. A continuación, se presentan algunas de las principales causas de armónicas en los sistemas eléctricos:

Carga no lineal

Las cargas no lineales son aquellas en las que la corriente no está relacionada linealmente con el voltaje. Este tipo de carga es común en el sistema de potencia, y las fuentes principales incluyen:

• Rectificador: Un dispositivo utilizado para convertir corriente alterna en corriente continua, como un adaptador de corriente, un convertidor de frecuencia, etc.

• Fuente de alimentación conmutada: La fuente de alimentación comúnmente utilizada en equipos electrónicos modernos, como fuentes de alimentación de computadoras, cargadores de teléfonos móviles, etc.

• Inversor: Un dispositivo utilizado para convertir corriente continua en corriente alterna, comúnmente encontrado en sistemas fotovoltaicos solares, estaciones de carga de vehículos eléctricos, etc.

• Controlador de frecuencia variable: un dispositivo utilizado para controlar la velocidad de un motor, ampliamente utilizado en el campo de la automatización industrial.

• Máquina de soldadura por arco: Se genera corriente no lineal durante el proceso de soldadura.

• Lámparas de descarga de gas: como lámparas fluorescentes, lámparas de sodio de alta presión, etc., generarán armónicas durante el arranque y la operación.

Equipos electrónicos de potencia

Los dispositivos electrónicos de potencia ampliamente utilizados en los sistemas de potencia modernos también son fuentes importantes de armónicas:

• Convertidor de frecuencia: utilizado para controlar la velocidad y el par de un motor de corriente alterna, su principio de funcionamiento generará armónicas.

• Sistema de alimentación ininterrumpida (UPS): Se generan armónicas cuando se cambia al modo de alimentación por batería.

• Convertidor: Un dispositivo utilizado para cambiar la frecuencia de la corriente alterna, como un convertidor utilizado en la generación de energía eólica.

Motores y transformadores

Incluso en motores y transformadores tradicionales, pueden ocurrir ligeras armónicas debido a razones como efectos de saturación magnética:

• Motores: Especialmente en la fase de arranque, pueden generarse armónicas debido a la influencia de curvas de magnetización no lineales.

• Transformador: Cuando el transformador trabaja en el área de saturación, también producirá armónicas.

Problemas con la red en sí

• Carga desequilibrada: Una carga desequilibrada en un sistema trifásico puede causar que la corriente neutral contenga armónicas.

• Transmisión a larga distancia: En el proceso de transmisión a larga distancia, los efectos de inductancia y capacitancia de la línea pueden llevar a la amplificación de armónicas.

Otros factores

• Envejecimiento del equipo de potencia: El equipo de potencia más antiguo puede producir armónicas adicionales debido a la degradación de los componentes internos.

• Defectos de diseño: Los sistemas de potencia mal diseñados pueden llevar a la amplificación o generación de armónicas.

Efecto de las armónicas

Las armónicas pueden causar una variedad de efectos adversos en los sistemas de potencia, incluyendo, pero no limitado a:

• Aumento de las pérdidas del equipo: Las armónicas pueden llevar a pérdidas adicionales de motores, transformadores y otros equipos, acortando su vida útil.

• Reducir la eficiencia del sistema: Las armónicas pueden reducir la eficiencia del sistema e incrementar el consumo de energía.

• Afectar la precisión de medición: Las armónicas interferirán con la precisión de medición del medidor de energía, resultando en cálculos incorrectos de los cargos de electricidad.

• Interferencia con el sistema de comunicación: Las armónicas causarán interferencia al sistema de comunicación y afectarán la calidad de la transmisión de señales.

• Desencadenar resonancia: En algunos casos, las armónicas pueden resonar con inductores y capacitores en el sistema, causando serios problemas de calidad de potencia.

Medidas de supresión de armónicas

Para reducir el impacto de las armónicas, generalmente se toman las siguientes medidas:

• Filtros: Instalar filtros pasivos o activos para absorber o contrarrestar las armónicas.

• Aumentar la inductancia de la carga: Suprimiendo las armónicas mediante el aumento de la inductancia de la carga.

• Mejorar las características de la carga: Usar una carga con bajo contenido de armónicas, como un rectificador trifásico en lugar de un rectificador monofásico.

• Compensación de reactiva dinámica: Utilizar equipos como el SVG (generador de potencia reactiva estática) para la compensación de reactiva dinámica.

Resumen

Las armónicas en los sistemas eléctricos son principalmente causadas por cargas no lineales, como rectificadores, fuentes de alimentación conmutadas, inversores, controladores de frecuencia variable, etc. Las armónicas pueden afectar negativamente el rendimiento y la confiabilidad del sistema de potencia, por lo que es necesario tomar medidas apropiadas para suprimir o eliminar las armónicas.