¿Qué son los armónicos en los sistemas eléctricos y qué los causa?

En un sistema eléctrico, los armónicos se refieren a los componentes con frecuencias que son múltiplos enteros mayores que la frecuencia fundamental obtenida al descomponer una cantidad alterna no sinusoidal periódica mediante series de Fourier, y generalmente se les llama armónicos superiores.

Las principales causas de los armónicos son las siguientes:

• Existencia de Cargas No Lineales: Esta es la causa principal de la generación de armónicos. Por ejemplo, los dispositivos electrónicos de potencia, incluyendo rectificadores, inversores y convertidores de frecuencia, los dispositivos semiconductores en su interior distorsionarán las formas de onda de corriente y voltaje durante la operación, generando armónicos. Tomemos como ejemplo un rectificador. Este convierte la corriente alterna en corriente directa. Durante el proceso de conversión, la corriente de entrada mostrará una forma de onda no sinusoidal y contendrá un gran número de componentes armónicos. Además, equipos como hornos de arco y lámparas fluorescentes también son cargas no lineales comunes. En el proceso de fabricación de acero en un horno de arco, la inestabilidad del arco llevará a fluctuaciones de corriente y generará armónicos. Debido a la función del balasto en una lámpara fluorescente, la forma de onda de la corriente también se distorsionará, generando armónicos.

• Corriente de Excitación de los Transformadores: Cuando un transformador está en operación, se produce la saturación magnética en su núcleo de hierro, lo que hace que la corriente de excitación ya no sea una onda sinusoidal, generando así armónicos. Especialmente cuando el transformador se enciende sin carga o opera bajo una carga ligera, los componentes armónicos en la corriente de excitación serán más evidentes.

• Desbalance del Sistema de Suministro Eléctrico: Cuando las cargas de cada fase en un sistema de suministro de tres fases están desequilibradas, esto llevará a la asimetría de la corriente y el voltaje, generando armónicos. Por ejemplo, en algunos sitios industriales, debido a la conexión de diferentes equipos a cada fase, puede ocurrir una situación de desequilibrio de carga trifásica, causando que aparezcan armónicos en el sistema de suministro eléctrico.

Los armónicos pueden causar un aumento del calentamiento y mayores pérdidas en el equipo eléctrico, afectando la operación normal y la vida útil del equipo. También pueden interferir con los sistemas de comunicación y provocar resonancias en el sistema de energía y otros problemas. Por lo tanto, es necesario tomar medidas correspondientes para su tratamiento.