Curso Circutor_ Armónicos en la red eléctrica

Seminario de Armónicos (Cirutor):

Después de la asistencia, el pasado viernes 15 de febrero, al seminario sobre Armónicos en la Empresa Circutor, realmente  muy interesante, habría que resumir la información en los siguientes puentos:

1_ Es difícil estipular los costes económicos de los armónicos, puesto que hasta que no haya sucedido algo realmente, susceptible de un análisis en profundidad, incluso en términos de la seguridad, nadie, desde un punto de vista técnico-económico, examina los ahorros hasta que ya se ha materializado una afección grave, despreciando los denominados; "eventos", una situación de mala calidad de onda, ya sea por armónicos, picos, caídas, etc.  que ocasiona en la mayor parte de los casos afecciones en los sistemas electrónicos de control, tal y como experimenté durante mis años de Product Service Expert en Whirlpool Iberia, donde en muchos casos recibia demandas de Técnicos los cuales en ciertos puntos geográficos, sobre todo en zonas rurales, los microondas o lavadoras no funcionaban correctamente durante largos períodos de tiempo, y las cuales era simplemente necesario realizar un reseteo o simplemente una programación de los módulos de control electrónicos, siendo, sin ninguna duda las perturbaciones en la onda eléctrica la responsable de dichas afecciones.

2_Por desgracia para el conjunto del sistema eléctrico, la proliferación de las cargas eléctricas con componentes electrónicos;  rectificadores, variadores de frecuencia, convertidores, electrodomésticos, iluminación y demás aparatos conectados a la red eléctrica, los cuales no disponen de un comportamiento lineal, por tanto, una intensidad absorbida divergente de una forma de onda senoidal, aumentan la proliferación de los armónicos en la red eléctrica, siendo estos a efectos prácticos, pura contaminación eléctrica, y volcada, como no a la red eléctrica.

3_En términos de armónicos, nos deberemos de preocupar de armónicos impares, puesto que son los que afectan a los sistemas de corriente alterna, siendo los pares, los que afectan a sistemas de corriente continua, afectando en su caso, al sistema eléctrico ruso, el cual funciona con corriente continua, el resto prácticamente en su totalidad, por lo menos en Europa y América son sistemas de corriente alterna, indiferentemente de la tensión y frecuencia nominal.

Debemos considerar los armónicos para cargas monofásicas, teniendo en cuenta el tercer armónico, y debido generalmente a PC's, iluminación etc, los cuales al disponer de componentes electrónicos, no responden a un comportamiento lineal, y siendo por ello, muy difícil,  identificar el comportamiento de su corriente, y en el caso que más afección tiene, a la tensión del circuito, que al variar dicha tensión, varia las impedancias.

Para entender la repercusión y proliferación de los armónicos, en el seminario se indicó, que es igualmente necesario disponer, en la instalación eléctrica, de una línea de cableados correctamente trenzados, puesto que cualquier separación entre el cableado de una misma línea, ya era proclive a generar un campo eléctrico por generar una inductancia por la separación de dichos cableados.

4_En cuanto a la realización de las mediciones oportunas para la determinación del nivel de armónicos que disponemos en nuestras instalaciones, debemos considerar que al realizar una medida de los armónicos, el armónico fundamental, en términos de amperaje, representa la corriente ideal que la instalación debería soportar, del resto de armónicos, todo lo que se disponga que no sea el periodo fundamental de la onda, expresa la corriente generada por los armónicos que está soportando mi instalación y que se debería mitigar.

Nótese que la potencia de una instalación es la suma de la potencia activa, la potencia reactiva y la potencia distorsionante, esta última la provocada por los armónicos. Respecto a esto cabe señalar, a diferencia de otros países de nuestro entorno, donde, en primer lugar se habla de contratación de potencia aparente, y no de potencia activa, como el caso de España, y además, de determinar como el cos ϕ y no el factor de potencia, puesto que el factor de potencia incorpora la potencia reactiva compensada, mientras que el cos ϕ, ya incorporaría la compensación de la potencia reactiva y la minimización de los armónicos.

5_Referente a los efectos de los armónicos

Cabe señalar que estos armónicos fuera del armónico fundamental provocan; sobrecargas, sobredimensionamiento y posibilidad, en los casos más extremos, de retorno de dichas corrientes por el neutro, sobretodo relacionadas con el tercer armónico, teniendo en cuenta que, generalmente, el diseño en términos de sección de cableado del neutro, es menor que la de las propias fases, y por ello, más vulnerable a cualquier situación crítica. Considerar que en los conductores, cuanto mayor sea la frecuencia, el conductor tiende a ser propiamente el conductor en su parte más externa, y en su parte central puede llegar a producirse un efecto prácticamente de impedancia, este efecto es denominado efecto "Skin".

Como ejemplo, la normativa  británica que obliga a que las instalaciones eléctricas dispongan de un neutro, en algunos casos con el doble de sección del que se dispone en las fases.

Este apunte de la normativa británica, es debido a que en el momento que no se disponga del neutro, corte por sobretensión, se anula el circuito monofásico y pasamos a un circuito trifásico, si las cargas de dicho sistema trifásico, puesto que dicho sistema monofásico proviene de un sistema trifásico, no están equilibradas, la mayoría de los casos, son las cargas las que deben asumir la absorción de las corrientes que deberían retornar por el neutro, en ese caso, se produce lo denominado como neutro en flotación, siendo en la práctica, que dicha carga, que mientras se disponía del neutro, se alimentaba a 220 V, ahora con la ausencia del neutro debe asumir la alimentación del circuito trifásico, siendo esta tensión de 380 V, siendo esta una tensión mucho más elevada.

Los efectos de los armónicos en los condensadores, utilizados para compensar las potencias reactivas, , en primer lugar se entienden cuando existe un aumento de la frecuencia, por los armónicos, esto desencadena una disminución de la impedancia de los condensadores, generando un aumento de la tensión en bornes del condensador y su destrucción si dicha tensión se eleva por encima del permitido por el condensador. Por otro lado, considerar, lo denominado como frecuencia de resonancia, esta frecuencia de resonancia se puede dar cuando el cos ϕ en el sistema está muy lejos del cos ϕ = 0.8. A la vez, considerar que también se da esta situación de frecuencia de resonancia cuando la impedancia inductiva es muy cercana en valor a la impedancia capacitiva y viceversa.

Se puede considerar a efectos prácticos, y simplemente como apunte, aunque  se debe determinar cada caso en particular, que el valor de la Tasa de Distorsión Armónica (THD) en tensión, si supera el 3 o 5 %, se debe considerar este límite como un margen de seguridad que no se debería traspasar.

Los efectos de los armónicos en los transformadores se pueden generalizar en pérdidas por efecto Joule, debido a que tenemos un aumento de la corriente, y al mismo tiempo en el hierro, independientemente que se dispongan de hierros laminados.

En los motores las consecuencias de los armónicos son, en primer lugar, del mismo modo que en los transformadores, al estar compuestos del mismo modo de devanados, en pérdidas por efecto Joule, también de pérdidas magnéticas y vibraciones en el motor que afectan a su vida útil, por crear mayor fatiga en cojinetes reduciendo, estos efectos a largo plazo, el par entregado por el motor, para ello se recomiendo que no exista un desequilibrio de fases no muy elevado, que no supere el 2 - 3 %.

6_Para el filtrado de los armónicos, se utilizan dos tipos de filtros, filtros activos y filtros pasivos, aunque este es un punto en el que se debe considerar muchos aspectos que debo profundizar y que debo seguir instruyéndome.

Los filtros pasivos se componen básicamente de colocar bobinas y condensadores para mitigar la frecuencia de resonancia para reducir el factor de THD.

Los filtros activos realizan una compensación en corriente de los propios armónicos en fase o contrafase, aunque se debe vigilar , puesto que disponemos estas corrientes en las cargas.