Efectos armónicos en plantas industriales – Teoría y soluciones

Materiales Eléctricos

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En sistemas eléctricos, especialmente aquellos con cargas no lineales, los armónicos son una preocupación importante. Pero, ¿qué son exactamente los armónicos y cómo se producen?


En este blog, exploraremos los conceptos básicos de los armónicos, sus efectos adversos, las fuentes típicas, criterios de selección de equipos, y estrategias para reducir sus impactos negativos.

¿Qué son los armónicos?

Los armónicos eléctricos son un fenómeno que afecta de manera significativa el rendimiento y la eficiencia de las instalaciones industriales. Estos se producen principalmente cuando una carga no lineal se conecta a una fuente de tensión de corriente alterna (CA), generando corrientes con formas de onda distorsionadas. 

Conceptos básicos de armónicos

Los armónicos son componentes de la corriente o tensión con frecuencias que son múltiplos enteros de la frecuencia fundamental del sistema. Mientras que una carga lineal produce una corriente con una forma de onda senoidal idéntica a la de la tensión, las cargas no lineales generan corrientes distorsionadas, introduciendo armónicos en el sistema eléctrico.


Ejemplos de cargas no lineales incluyen convertidores estáticos, equipos electrónicos, y sistemas de iluminación.

Causas de los armónicos

Los armónicos se generan principalmente debido a cargas no lineales, como electrónica de potencia, variadores de velocidad de motores (VFD) y equipos de iluminación. Estos dispositivos no toman corriente de manera sinusoidal pura de la red, lo que resulta en corrientes distorsionadas y armónicas.

Efectos de los armónicos

La presencia de armónicos en los sistemas eléctricos puede tener varios efectos adversos, como:

  1. Calentamiento de transformadores: Los armónicos aumentan las pérdidas de energía en los transformadores, lo que puede provocar sobrecalentamiento y reducir su vida útil.
  2. Daño a capacitores: Los armónicos pueden causar resonancia en los bancos de capacitores, lo que puede dañarlos y provocar fallas en el sistema de energía.
  3. Mala operación de equipos de control: La distorsión considerable en la tensión causada por armónicos puede provocar mal funcionamiento en equipos de control.
  4. Incremento de pérdidas: Los armónicos aumentan las pérdidas de energía en los sistemas eléctricos, lo que puede resultar en costos operativos más altos.

Reducción de la distorsión

Para reducir la distorsión armónica en sistemas eléctricos, se utilizan dispositivos como reactores de línea y reactores de carga. Estos dispositivos ayudan a controlar la corriente armónica y mejorar la calidad de la energía suministrada.

Beneficios del reactor de línea: Reduce los voltajes transitorios de la alimentación debido a impulsos, transitorios por energización de capacitores, etc., mejorando el voltaje de alimentación al convertidor y reduciendo los transitorios en el capacitor. Mejora bastante la operación del VFD.

Beneficios del reactor de carga: Se utiliza para proteger al motor cuando se requieren cables largos (90-150m) entre el variador y el motor. El reactor se coloca lo más cerca posible al variador.

Reduce las ondas del voltaje reflejado (debido a las altas frecuencias del variador y la longitud del cable) que alimentarían al motor, estas ondas pueden dañar el aislamiento (por descargas parciales) de los devanados del motor.

En cuanto al porcentaje de los reactores, son del  3% y 5%, esto significa el porcentaje de caída de tensión del valor nominal, a corriente nominal, debido a la impedancia del reactor. El reactor de línea de 3% es el más utilizado, por lo tanto se estaría cumpliendo la norma IEEE519, misma que recomienda mantener un THDi (Total Harmonic Distortion of Current) inferior al 5% o 8% en el punto de conexión a la red.

Estrategias para disminuir los efectos armónicos

Reducir los efectos negativos de los armónicos en instalaciones industriales es crucial para mantener la eficiencia y la longevidad de los equipos eléctricos. Para mitigar los efectos de los armónicos, se pueden implementar diversas estrategias y soluciones avanzadas, como las que ofrece Schneider Electric.

Realizar mediciones precisas de los niveles de distorsión armónica en el sistema es el primer paso para implementar soluciones efectivas. Utilizando analizadores de calidad de energía, se puede identificar la fuente de los armónicos y aplicar las medidas correctivas adecuadas.

Recomendación: Para cargas menores a 100 kW, se recomienda una mitigación global de los armónicos. Para cargas mayores, la implementación de equipos de bajo contenido armónico es esencial para mantener la eficiencia y estabilidad del sistema eléctrico.

Por otra parte, el uso de un variador de frecuencia podría disminuir exponencialmente los armónicos. 

Un variador de velocidad (o frecuencia) es un dispositivo que, a través de una consigna dada, ajusta la velocidad de un motor y su carga (bomba centrífuga u otros). Un variador de velocidad inteligente consigue además optimizar la productividad y la disponibilidad hasta un 20% gracias a sus funciones avanzadas de monitorización, control del actuador/carga, ahorro energético, fácil integración en los sistemas de control y mantenimiento predictivo.

Implementar estas estrategias no solo ayudará a reducir los efectos adversos de los armónicos, sino que también mejorará la eficiencia operativa y prolongará la vida útil de los equipos en instalaciones industriales. Schneider Electric ofrece una gama completa de soluciones para la gestión de armónicos, asegurando que su sistema eléctrico opere de manera eficiente y confiable.

Conozca más sobre soluciones especializadas para la gestión de armónicos en nuestra sección industrial. 

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