Impacto de Armónicos en Sistemas Eléctricos y Estrategias de Conversión de Energía (P2G)

Problemas de Calidad de Energía y Armónicos

Armónicos de Triple N (ProbTripleN)

Tradicionalmente, el neutro no debería transportar corriente en sistemas trifásicos equilibrados. Sin embargo, los armónicos de triple N (múltiplos impares de 3, como 3º, 9º, 15º, etc.) generan problemas de corriente en el neutro, ya que son homopolares (no están equilibrados y se suman en el neutro). Por este motivo, se recomienda el sobredimensionamiento del conductor neutro para prevenir el sobrecalentamiento.

Estrategias de Mitigación de Armónicos

Filtros Pasivos Sintonizados (FiltrosPasivosSint)

Estos filtros se conectan para atenuar frecuencias específicas que se desean eliminar. Su principal desventaja es que solo son efectivos para un armónico o banda de frecuencias determinada.

• Conexión en Serie: Crea un camino de alta impedancia, bloqueando los armónicos y evitando la contaminación aguas arriba (hacia la fuente).
• Conexión en Paralelo: Ofrece una baja impedancia, absorbiendo los armónicos y protegiendo la red aguas arriba.

Filtros Activos (FiltroActivo)

Son adecuados cuando el contenido de armónicos es impredecible o variable. Su funcionamiento se basa en la inyección de una corriente armónica idéntica a la generada por la carga no lineal, pero desfasada 180º, logrando su cancelación.

Conversión y Almacenamiento de Energía

Electrólisis, Pila de Hidrógeno y el Segundo Principio de la Termodinámica (Elect, Pila H2 y 2º PPIO)

La electrólisis es el proceso mediante el cual se separa el agua (H₂O) en sus componentes, hidrógeno (H₂) y oxígeno (O₂), utilizando una corriente eléctrica. Por otro lado, en la pila de hidrógeno (o celda de combustible), se obtiene una corriente eléctrica a partir de la reacción química controlada de estos dos gases.

Conclusión energética: Para que la pila funcione, se requiere H₂. Para producir H₂ mediante electrólisis, se necesita energía eléctrica. La energía eléctrica generada por la pila siempre será menor que la energía eléctrica consumida para producir el H₂ (limitación impuesta por el Segundo Principio de la Termodinámica).

Concepto Power-to-Gas (P2G)

El sistema eléctrico demanda energía de forma no uniforme. El concepto P2G aprovecha los excedentes de energía eléctrica (típicamente durante la noche o en momentos de baja demanda) para generar H₂ mediante electrólisis y almacenarlo. Este hidrógeno puede tener múltiples usos:

1. Generación Eléctrica: Utilizarlo como combustible para accionar una turbina de gas, una pila de H₂ o sistemas de cogeneración (especialmente durante las horas pico de la mañana) y verter la energía eléctrica resultante a la red.
2. Inyección a la Red de Gas: Metanizar el H₂ o inyectarlo directamente a la red de Gas Natural (GN).

El desafío principal de esta tecnología reside en el almacenamiento eficiente del hidrógeno.

Efectos Adversos de los Armónicos en la Instalación

Efectos en Condensadores (EfectosArmonicosCondens)

La reactancia de los condensadores es inversamente proporcional a la frecuencia (f), lo que significa que a altas frecuencias se crean caminos de baja reactancia. La consecuencia es que las instalaciones, incluso aquellas con cargas lineales, pueden verse afectadas por armónicos procedentes de la red de alimentación. Es crucial entender que los condensadores no generan armónicos, pero sí los atraen, pudiendo amplificarlos.

Efectos Generales de los Armónicos (EfectosArmonicos)

1. Sobrecalentamiento de Conductores: Causado por la corriente de neutro debido a desequilibrios y armónicos homopolares. Solución: Sobredimensionar el conductor neutro.
2. Efecto Piel (Skin Effect) sobre los Conductores: En corriente alterna (c.a.), el campo magnético generado empuja la corriente a las paredes del conductor. A mayor frecuencia, mayor es el efecto piel. Solución: Utilizar múltiples conductores de menor sección.
3. Disparo Intempestivo de Protecciones: Ocurre debido a las altas frecuencias. Recomendación: Subdividir circuitos y utilizar protecciones inmunizadas contra armónicos.
4. Armónicos de Tensión con Secuencia Inversa: Causan problemas y calentamiento excesivo en los motores de inducción.
5. Resonancia en Baterías de Condensadores: Se produce al crear un camino de baja impedancia para ciertas frecuencias armónicas, lo que puede llevar a fallos catastróficos.