Impacto y Mitigación de Armónicos en Sistemas Eléctricos Industriales

Impacto de los Armónicos en Sistemas Eléctricos

La presencia de armónicos en un sistema eléctrico puede generar una serie de efectos perjudiciales que afectan el rendimiento y la vida útil de los equipos. Entre los problemas más comunes se encuentran:

• Motores que se queman: El calentamiento excesivo debido a las corrientes armónicas puede dañar los devanados del motor.
• Disparos intempestivos de protecciones: Las protecciones eléctricas, como los interruptores magnetotérmicos, pueden activarse prematuramente debido a las corrientes armónicas.
• Operaciones erróneas en elementos computerizados: Los equipos electrónicos y sistemas de control pueden experimentar fallos o mal funcionamiento.
• Sobrecarga de equipos y cableado: Las corrientes armónicas aumentan la corriente total, provocando sobrecalentamiento en cables y otros componentes.
• Fluctuaciones de voltaje: Pueden ocurrir subidas y bajadas de voltaje, afectando la estabilidad del suministro eléctrico.

Fuentes de Introducción de Armónicos

Diversos dispositivos y equipos electrónicos modernos son fuentes comunes de introducción de armónicos en la red eléctrica. Entre ellos destacan:

• Ordenadores y equipos de TI
• Balastos electrónicos para iluminación
• Arrancadores electrónicos para motores
• Material de oficina con fuentes conmutadas
• Variadores de frecuencia (VFD)

Soluciones para Motores Eléctricos

Para mitigar los efectos de los armónicos en motores eléctricos, se pueden implementar las siguientes medidas:

• Sobredimensionar conductores: Utilizar conductores de mayor sección, especialmente el neutro.
• Circuitos independientes: Diseñar circuitos de motores que estén separados de líneas con cargas armónicas significativas.
• Doble o sobredimensionar el neutro: Reforzar el conductor neutro para manejar las corrientes armónicas.
• Utilizar transformadores con factor K específico: Seleccionar transformadores diseñados para soportar cargas armónicas.

Soluciones para Transformadores

El factor K en un transformador indica la capacidad de disipar el calor generado por una combinación específica de armónicos. Las soluciones incluyen:

• Reducir la capacidad operativa: Operar el transformador por debajo de su capacidad nominal si las condiciones armónicas son severas.
• Utilizar filtros de armónicos: Instalar filtros en las cargas no lineales para atenuar las corrientes armónicas.
• Seleccionar transformadores con factor K adecuado: Elegir transformadores con un factor K apropiado para el nivel de armónicos esperado.

Soluciones para Interruptores Magnetotérmicos

Para asegurar la correcta operación de los interruptores magnetotérmicos en presencia de armónicos:

• Equilibrar las cargas: Distribuir las cargas de manera uniforme entre las fases.
• Añadir filtros de secuencia 0: Instalar filtros en el neutro para atenuar las corrientes armónicas de tercer orden.
• Sobredimensionar el conductor de neutro: Reforzar el neutro para soportar corrientes armónicas adicionales.
• Utilizar magnetotérmicos especiales: Emplear interruptores diseñados específicamente para resistir los efectos de las corrientes armónicas.

Soluciones para Iluminación

En sistemas de iluminación, es crucial controlar la distorsión armónica total (THD) en las corrientes de fase.

• Medición de THD: Se debe medir el THD, y si excede el 20%, se deben tomar medidas correctivas.
• Solución: Utilizar balastos de alto rendimiento que generen bajas corrientes armónicas.

Soluciones para Motores de Inducción

Prevención

Antes de la instalación o para diagnóstico, se recomienda:

• Medir el voltaje RMS (Vrms) en las bornas del motor y compararlo con el voltaje nominal.
• Verificar desequilibrios entre fases.
• Medir el THD de corriente, asegurándose de que sea menor al 5%.

Solución

Las medidas correctivas incluyen:

• Utilizar líneas de motores que no compartan centros de carga con fuentes no lineales.
• Instalar filtros de armónicos en las cargas no lineales conectadas al mismo circuito.

Soluciones para Condensadores

La interacción de condensadores con variadores de frecuencia puede generar resonancias armónicas. Se pueden diseñar sistemas de corrección para desintonizar el sistema y evitar estos problemas.

Recomendaciones Generales para la Gestión de Armónicos

Para una gestión integral de los armónicos y la mejora de la calidad de la energía, se sugieren las siguientes recomendaciones:

• Sobredimensionar la sección de los cables: Prestar especial atención al conductor neutro.
• Reducir el número de salidas de los circuitos: Simplificar la distribución para minimizar puntos de inyección de armónicos.
• Separar cargas sensibles: Aislar equipos sensibles de las cargas no lineales.
• Conductores de tierra separados: Utilizar conductores de tierra dedicados para equipos sensibles.
• Tierras con anillo de cobre exterior: Implementar sistemas de puesta a tierra eficientes.
• Protección contra rayos y sobretensiones: Asegurar la protección integral del sistema.
• Utilizar transformadores con factor K adecuado: Seleccionar transformadores apropiados para el entorno armónico.
• Emplear interruptores magnetotérmicos contra corrientes armónicas: Instalar protecciones específicas para mitigar los efectos de los armónicos.