Armónicos eléctricos en los sistemas de potencia

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En los sistemas eléctricos, lo ideal es que la energía sea entregada sin perturbaciones ni contaminación armónica, es decir una tensión ideal, sin distorsión de ningún tipo, permanentemente sinusoidal, y que el valor de la tensión sea constante en todos los puntos de la red, que los clientes sean abastecidos con una frecuencia continua de 50 Hertz, y cargas no lineales que no distorsionen la señal entregada por la compañía eléctrica y, sobre todo, evitar los efectos de la no linealidad de las cargas electrónicas de los usuarios, que aumentan los niveles de distorsión armónica global e individual de la corriente.

Pero en el mundo real esto no ocurre, las perturbaciones causadas por elementos no lineales aumentan cada vez más, generando armónicos, y en consecuencia provocando la reducción de la vida útil de los equipos y sobrecalentamientos indeseados en las instalaciones eléctricas a nivel industrial y residencial.

Las cargas no lineales provocarán armónicos, afectando a la frecuencia fundamental, a la amplitud, a la simetría del sistema eléctrico y a la forma de onda de la señal, generando costes económicos de gran magnitud a las compañías suministradoras, tales como mayor consumo eléctrico, recargo o pago por energía reactiva, puntos de consumo.

Los profesionales del área de la electricidad y la electrónica saben que la no linealidad de un sistema generará armónicos en nuestra red eléctrica, que no sólo afectarán a la frecuencia fundamental suministrada por el distribuidor eléctrico, sino que provocarán el mal funcionamiento de los equipos, y no sólo esto, sino también una reducción de su vida útil debido al efecto térmico generado por los armónicos en las instalaciones eléctricas. Por ello, la calidad de la energía tiene una importancia técnica y económica en la actual sociedad tecnológica en la que vivimos.

Es fundamental contar con técnicas de medición y compensación, ya que esto garantizará ciertos niveles de calidad, con el fin de mantener la competitividad y el desarrollo tecnológico necesario. Por lo tanto, si tenemos energía de baja calidad, habrá pérdidas, sobrecalentamiento, paradas de producción, averías en los equipos, entre otros. La calidad de la energía suministrada por la empresa distribuidora es de gran importancia, para que los equipos, sistemas e instalaciones funcionen con un buen índice de calidad y seguridad.

Las posibles soluciones tecnológicas actualmente disponibles pueden controlar las perturbaciones existentes y, en el mejor de los casos, conseguir la eliminación de armónicos en un sistema.

Actualmente existen muchas formas de calcular el rango armónico de una señal, la más utilizada es la serie de Fourier, que entrega el espectro armónico, siendo este un gráfico que muestra el valor efectivo de cada armónico, pero hay que tener en cuenta que esta herramienta matemática solo es útil para funciones periódicas.

Hoy en día es de gran relevancia realizar estudios y análisis de perturbaciones para evitar gastos adicionales a las empresas, como, por ejemplo: paradas de producción por armónicos, lo que redundará en costos adicionales a la industria, pero si se cuenta con profesionales calificados, será posible evitar dichos inconvenientes. Por otro lado, en el presente proyecto se puede concluir que cuando se utilizó un sistema de filtración pasiva como solución adoptada el THD-I no supera ni siquiera el 1 %, lo cual es muy favorable, ya que el máximo exigido por la norma técnica chilena es un 5 % estándar, pero cuando no se utilizan filtros el THD-I se dispara, superando incluso el doble de lo exigido por la norma. Esto se traduce en pérdidas económicas para la empresa, por lo que puede haber paradas de planta. A esto se suma el sobrecalentamiento de los conductores por efecto Joule, funcionamiento de las protecciones, cortocircuitos, mediciones erróneas con equipos electrónicos analógicos digitales, etc., muchos efectos nocivos por no respetar los límites de la norma técnica chilena que mide los estándares de calidad de la energía eléctrica en Chile.