Verdades y mentiras sobre los armónicos

 

Si bien los armónicos pueden dar lugar a diversos fenómenos, éstos están naturalmente sometidos a las leyes de la electricidad, es decir, no cabe atribuirlos a aquello que no comprendemos por simple asociación de la incomprensión de ambos.

1.- ¿Los armónicos cuestan dinero?

A pesar de no existir ningún tipo de penalización (aunque sí limitaciones según IEC-61000-3-4) por inyectar armónicos a la red sí que éstos producen pérdidas en receptores y líneas, y estas pérdidas son kWh que se consumen innecesariamente.

En los transformadores se producen pérdidas en vacío y en carga, siendo estas últimas las afectadas por la presencia de armónicos en la corriente del secundario y comprenden tanto pérdidas en los devanados como en el hierro (núcleo, cuba y otras partes de acero).

Ver post: Influencia de los armónicos en Transformadores

https://imseingenieria.blogspot.com/2019/06/influencia-de-los-armonicos-en.html

En los motores también se producen pérdidas similares a parte de vibraciones mecánicas.

Ver post: Influencia de los armónicos en motores

https://imseingenieria.blogspot.com/2019/07/influencia-de-los-armonicos-en-motores.html

En consecuencia podríamos decir que los armónicos son caros de mantener y por tanto no está de más evitarlos y si esto no es posible será mejor eliminarlos. Todos estos efectos contribuyen además a reducir la vida de las máquinas.

En las líneas o cables eléctricos causan también pérdidas por el aumento del valor eficaz de la corriente y por acentuar el efecto skin (efecto pelicular). Este fenómeno produce un aumento de la resistencia de los conductores al reducir la sección de paso de la corriente al concentrarse ésta en la periferia del conductor.

Ver post: Influencia de los armónicos en cables de potencia

https://imseingenieria.blogspot.com/2019/07/influencia-de-los-armonicos-en-cables.html

2.- ¿Son ruidosos los armónicos?

Podríamos decir que no solo son ruidosos sino que también producen vibraciones por donde circulan. De todos modos son conocidas las vibraciones de núcleos de chapa magnética en transformadores y motores, vibración y zumbido inversamente asociado a la calidad de la máquina y directamente a la tasa armónica. Los armónicos son capaces de crear oscilaciones mecánicas si su interacción con el campo magnético fundamental es capaz de excitar una resonancia mecánica.

3.- Los armónicos provocan el disparo de interruptores automáticos, la fusión de fusibles, la desconexión de diferenciales y otros fenómenos que inducen a confundir al operario electricista

Las corrientes armónicas pueden ser la causa de disparos intempestivos o de la fusión de fusibles sin causa aparente. En estos casos no solo influye el aumento del valor eficaz de la corriente y el calentamiento por efecto pelicular sino también la frecuencia de los armónicos más destacados. Así puede producirse el disparo de un interruptor automático aunque no se alcance el valor de la corriente de disparo.

En los fusibles puede incluso producirse la explosión del cartucho. En cuanto a los diferenciales, son bastante raros pero no disparan sin causa, si lo hacen es porque se producen fugas a tierra no por los armónicos en si mismos.

Las fugas a tierra pueden producirse por defectos de aislamiento y por corrientes capacitivas debidas a las capacidades de las propias líneas respecto a tierra o por condensadores de filtros de determinados dispositivos (reactancias electrónicas y PCs por ejemplo). Las tensiones armónicas al ser de frecuencia superior a la de la red se encontrarán reactancias capacitivas más bajas y por tanto corriente de fugas a tierra más altas que pueden contribuir a disparos más frecuentes. Así cuando se alimenta a receptores con líneas de gran longitud y además estos descargan a tierra (corrientes de AF generalmente), suelen causar confusión en los operarios de mantenimiento.

Ver post:  Disparos intempestivos en interruptores diferenciales

https://imseingenieria.blogspot.com/2015/05/disparos-intempestivos-en-interruptores.html

3.1.- ¿Existe solución a estos problemas?

En parte sí, pero hay que actuar metódicamente:

1º) Limitar el número de circuitos protegidos por un mismo diferencial

2º) Utilizar diferenciales tipo A inmunizados o superinmunizados (SI), y si estas medidas fueran insuficientes utilizar filtros de armónicos.

4.- ¿Los armónicos empeoran el factor de potencia?

Antes debemos de precisar que el factor de potencia no es igual al cos 𝜑, el cual deberíamos llamar factor de desplazamiento en redes con armónicos. Así el factor de potencia (FP) debe de expresarse por:

Siendo λ = I₁/I, el cociente entre la corriente fundamental y eficaz del circuito en cuestión. Por supuesto, si no fuera por los armónicos,  I₁ = I y por tanto λ = 1 y FP = cos 𝜑.

La afirmación, por tanto, es correcta y los armónicos si bien no afectan al cos 𝜑 sí empeoran el factor de potencia ya que la corriente eficaz en estos casos es superior a la fundamental.

Ver post: Diferencia entre factor de potencia y cos 𝜑

https://imseingenieria.blogspot.com/2016/10/diferencia-entre-factor-de-potencia-y.html

Así mejorar el FP en receptores no lineales supone en la mayoría de casos reducir las corrientes armónicas producidas. Este sería por ejemplo el caso de las lámparas fluorescentes con reactancias electrónicas, puesto que su cos 𝜑 =1, es decir no consumen energía reactiva.

Es conveniente recordar que un FP bajo implica reducir la potencia aparente disponible en una red y por tanto infrautilizar transformadores y lineas.

5.- Las baterías de condensadores al ser cargas lineales no generan armónicos y por tanto, no los pueden amplificar

 

En parte cierto y en parte falso, las corrientes armónicas generadas por los dispositivos perturbadores de una red pueden ser peligrosamente amplificadas por la presencia de baterías de condensadores.

 

En particular, al incorporar una batería de condensadores de compensación de potencia reactiva con equipos generadores de armónicos, debe tenerse en cuenta que aunque los condensadores son cargas lineales, y por lo tanto no crean armónicos por sí mismos, pueden contribuir a producir una amplificación importante de los armónicos existentes. 

 

Hay que considerar que la impedancia de un condensador se reduce cuando crece la frecuencia, presentando así un camino fácil de baja impedancia para las corrientes de las armónicas superiores.

 

Los condensadores forman un circuito paralelo con el transformador, así las corrientes armónicas generadas por los elementos no lineales se dividen entre las dos ramas de este circuito paralelo, dependiendo de la impedancia presentada por el circuito para cada armónico.

 
De esta manera, la corriente eficaz que pasa a través del condensador y por la red de distribución puede ser mucho mayor que la generada por el equipo no lineal si la frecuencia de un armónico característico de la carga no lineal con amplitud importante, fuera próximo a la frecuencia de resonancia del circuito paralelo,

 

Ver posts:

Influencia de los condensadores en redes con armónicos

https://imseingenieria.blogspot.com/2015/07/influencia-de-los-condensadores-en.html

¿Qué batería de condensadores elegir en una red con armónicos?

https://imseingenieria.blogspot.com/2019/06/que-bateria-de-condensadores-elegir-en.html