Que provoca os harmónicos nos sistemas eléctricos

As harmónicas nos sistemas eléctricos son causadas por cargas non lineares que producen formas de onda non sinusoidais de corrente ou voltaxe en sistemas de corrente alternada. As harmónicas son compoñentes de onda senoidal con múltiplos integrais de frecuencias diferentes das frecuencias fundamentais. As seguintes son algunhas das principais causas de harmónicas nos sistemas eléctricos:

Carga non linear

As cargas non lineares son aquelas nas que a corrente non está relacionada linearmente coa tensión. Este tipo de carga é común no sistema de potencia, e as principais fontes inclúen:

• Rectificador: Un dispositivo usado para converter corrente alternada en corrente continua, como un adaptador de alimentación, conversor de frecuencia, etc.

• Fuente de alimentación conmutada: A fuente de alimentación comúnmente usada en equipos electrónicos modernos, como fuentes de alimentación de ordenadores, cargadores de móviles, etc.

• Inversor: Un dispositivo usado para converter corrente continua en corrente alternada, comúnmente encontrado en sistemas fotovoltaicos solares, estaciones de carga de vehículos eléctricos, etc.

• Variador de frecuencia: un dispositivo usado para controlar a velocidade dun motor, ampliamente utilizado no campo da automatización industrial.

• Máquina de soldadura por arco: A corrente non linear xénese durante o proceso de soldadura.

• Lámpadas de descarga de gas: como lúmines fluorescentes, lámparas de sódio de alta presión, etc., prodúcense harmónicas durante o arranque e a operación.

Equipo electrónico de potencia

Os dispositivos electrónicos de potencia ampliamente utilizados nos sistemas de potencia modernos tamén son fontes importantes de harmónicas:

• Conversor de frecuencia: usado para controlar a velocidade e o par dun motor AC, o seu principio de funcionamento prodúce harmónicas.

• Sistema de alimentación ininterrupta (UPS): Xéranse harmónicas cando se cambia ao modo de alimentación por batería.

• Conversor: Un dispositivo usado para cambiar a frecuencia da corrente alternada, como un conversor usado na xeración de enerxía eólica.

Motores e transformadores

Aínda nos motores e transformadores tradicionais, poden ocorrer lixeiras harmónicas debido a razóns como os efectos de saturación magnética:

• Motores: Especialmente na fase de arranque, poden xerarse harmónicas debido á influencia de curvas de magnetización non lineares.

• Transformador: Cando o transformador traballa na área de saturación, tamén prodúce harmónicas.

Problemas do propio rede

• Carga desequilibrada: Unha carga desequilibrada nun sistema trifásico pode facer que a corrente neutra conteña harmónicas.

• Transmisión a longa distancia: No proceso de transmisión a longa distancia, os efectos de indutancia e capacitancia da liña poden levar á amplificación de harmónicas.

Outros factores

• Envellecemento do equipo de potencia: O equipo de potencia máis antigo pode prodúcir harmónicas adicionais debido á degradación dos componentes internos.

• Defectos de deseño: Os sistemas de potencia mal deseñados poden levar á amplificación ou xeración de harmónicas.

Efecto das harmónicas

As harmónicas poden causar diversos efectos adversos nos sistemas de potencia, incluíndo pero non limitado a:

• Aumento das perdas do equipo: As harmónicas poden levar a perdas adicionais de motores, transformadores e outro equipo, acortando a súa vida útil.

• Reducción da eficiencia do sistema: As harmónicas poden reducir a eficiencia do sistema e aumentar o consumo de enerxía.

• Afectar a precisión da medida: As harmónicas interferirán coa precisión da medida do contador de enerxía, resultando nun cálculo incorrecto dos custos de electricidade.

• Interferencia co sistema de comunicación: As harmónicas causarán interferencia no sistema de comunicación e afectarán a calidade da transmisión de sinais.

• Activación de resonancia: En algúns casos, as harmónicas poden entrar en ressonancia con inductores e capacitores no sistema, causando problemas graves de calidade de potencia.

Medidas de supresión de harmónicas

Para reducir o impacto das harmónicas, xeralmente tómase as seguintes medidas:

• Filtros: Instalar filtros pasivos ou activos para absorber ou contrarrestar harmónicas.

• Aumentar a indutancia da carga: Aumentando a indutancia da carga para suprimir harmónicas.

• Melorar as características da carga: Usar unha carga con baixo contido de harmónicas, como un rectificador trifásico en lugar dun rectificador monofásico.

• Compensación de potencia reactiva dinámica: Usar equipos como SVG (xerador estático de potencia reactiva) para compensación de potencia reactiva dinámica.

Resumo

As harmónicas nos sistemas eléctricos son principalmente causadas por cargas non lineares, como rectificadores, fuentes de alimentación conmutadas, inversores, variadores de frecuencia, etc. As harmónicas poden afectar negativamente o rendemento e a fiabilidade do sistema de potencia, polo que é necesario tomar medidas apropiadas para suprimir ou eliminar as harmónicas.