[vc_row][vc_column][vc_column_text]Sin duda alguna, los arm\u00f3nicos el\u00e9ctricos, de tensi\u00f3n o intensidad de corriente se han convertido en la actualidad en un par\u00e1metro cuya gesti\u00f3n y control se hace imprescindible. Especialmente, para prevenir la posible aparici\u00f3n de problemas que, como veremos posteriormente, est\u00e1n asociados a su presencia en nuestra red el\u00e9ctrica.<\/p>\n
Gestionar y controlar los arm\u00f3nicos el\u00e9ctricos es fundamental para evitar que surjan diversos problemas en la red de el\u00e9ctrica.<\/strong><\/p>\n [vc_empty_space height=”20px”][\/vc_column_text][vc_single_image image=”15617″ img_size=”full” alignment=”center”][vc_column_text][vc_empty_space height=”30px”]<\/p>\n \u00bfQu\u00e9 es un arm\u00f3nico?<\/strong><\/span><\/p>\n Definimos en primer lugar el t\u00e9rmino \u2018arm\u00f3nico\u2019. <\/strong><\/p>\n Para ello, viajamos a principios del siglo XIX, cuando el matem\u00e1tico Jean Baptiste Fourier determin\u00f3 que cualquier forma de onda peri\u00f3dica puede descomponerse en una suma de senoidales simples, de diferentes frecuencias y amplitudes, que se denominan arm\u00f3nicos.<\/p>\n Pero veamos un ejemplo que seguro nos permite comprender mejor el concepto:<\/em><\/p>\n Supongamos que la onda que aparece en la Fig.<\/em> 1 corresponde a \u201cun ciclo\u201d de la intensidad de corriente en una red de 50 Hz. O sea, que se repite 50 veces en un segundo y tiene una duraci\u00f3n de 20 milisegundos. Si se tratase de una red de 60 Hz, su duraci\u00f3n ser\u00eda de 16,6 ms. Esta onda la denominaremos \u2018fundamental<\/em>\u2019.<\/p>\n Y sobre ella otra onda, de menor amplitud, pero de 250 Hz. Es decir, de una frecuencia 5 veces superior. La onda de la Fig. 2<\/em> corresponder\u00eda al arm\u00f3nico 5\u00ba, y la onda resultante ser\u00eda la de la Fig. 3<\/em>.<\/p>\n Y para finalizar, sobre estas dos onda, otra de 350 Hz, de 7 veces mayor frecuencia que la fundamental, el arm\u00f3nico 7\u00ba, que corresponde a la Fig.<\/em> 4. La onda resultante final ser\u00eda la que vemos en la Fig.5, que, de manera informal, la conocemos como la \u2018M de McDonalds\u2019.<\/p>\n Esta es la onda que medir\u00edamos de manera habitual, por ejemplo, a la entrada de la mayor\u00eda de los variadores de velocidad trif\u00e1sicos, que son cargas que se han convertido en indispensables en las instalaciones industriales.<\/strong><\/p>\n [vc_empty_space height=”10px”][\/vc_column_text][vc_row el_id=\"bloque_seis\" el_class=\"bloque_subsector_padding_0\"][vc_column][vc_column_text el_class=\"animacion_left\"]FORMAS DE ONDA[\/vc_column_text][vc_row_inner]\n [vc_column_inner width=\"1\/2\"] <\/p><\/div> Fig. 1<\/p><\/div>[\/vc_column_inner]\n \n [vc_column_inner width=\"1\/2\"] <\/p><\/div> Fig. 2<\/p><\/div>[\/vc_column_inner]\n [\/vc_row_inner][vc_row_inner]\n [vc_column_inner width=\"1\/2\"] <\/p><\/div> Fig. 3<\/p><\/div>[\/vc_column_inner]\n \n [vc_column_inner width=\"1\/2\"] <\/p><\/div> Fig. 4<\/p><\/div>[\/vc_column_inner]\n [\/vc_row_inner][vc_row_inner]\n [vc_column_inner width=\"1\/2\"] <\/p><\/div> Fig. 5<\/p><\/div>[\/vc_column_inner]\n [\/vc_row_inner][\/vc_column][\/vc_row][vc_column_text][vc_empty_space height=”10px”]<\/p>\n En definitiva, la onda de corriente generada por un variador de velocidad puede simplificarse, por consiguiente, y de manera muy aproximada, en la fundamental, de 50 \u00f3 60 Hz, y b\u00e1sicamente los arm\u00f3nicos 5\u00ba y 7\u00ba.<\/strong><\/p>\n Por tanto, dividiremos las cargas el\u00e9ctricas entre aquellas que consumen una corriente puramente fundamental, que denominaremos cargas lineales<\/strong>, como son los motores de inducci\u00f3n o cargas puramente resistivas; y las que consumen una fundamental m\u00e1s otras corrientes arm\u00f3nicas, que conoceremos como cargas no lineales o distorsionantes.<\/strong> Entre ellas, los variadores de velocidad o frecuencia, los equipos electr\u00f3nicos monof\u00e1sicos o las luminarias tipo LED. En resumen, todas aquellas cargas en las que alguna etapa de su funcionamiento implica una conversi\u00f3n de corriente alterna a corriente continua.<\/p>\n [vc_empty_space height=”20px”][\/vc_column_text][vc_single_image image=”15884″ img_size=”large” alignment=”center”][vc_column_text]<\/p>\n Para analizar el contenido arm\u00f3nico de la red el\u00e9ctrica, utilizaremos la descomposici\u00f3n en frecuencia o lo que se conoce como su espectro. O sea, la amplitud, o valor, de cada orden arm\u00f3nico. Fig.6<\/em><\/span><\/p>\n [vc_empty_space height=”5px”][\/vc_column_text][vc_column_text][vc_empty_space height=”10px”]<\/p>\n As\u00ed, para redes con predominancia de cargas trif\u00e1sicas, habitualmente los m\u00e1s importantes ser\u00edan el 5, 7, 11 y 13, en este orden decreciente de magnitud. Y, en el caso de redes de 4 hilos, con una importante presencia de cargas monof\u00e1sicas alimentadas entre fase y neutro, tambi\u00e9n estar\u00edan presentes, adem\u00e1s de los anteriores, los arm\u00f3nicos 3\u00ba, 9\u00ba y 15\u00ba, siendo en este caso generalmente el 3\u00ba el m\u00e1s significativo.<\/p>\n Y las magnitudes que habitualmente utilizaremos para evaluar los niveles de arm\u00f3nicos en la red son las denominadas Tasas de Distorsi\u00f3n Arm\u00f3nica, total harmonic distortion<\/em> en ingl\u00e9s, THD(U) para la tensi\u00f3n, y THD(I) para la corriente, que representan el porcentaje de la tensi\u00f3n o corriente arm\u00f3nica, que se calcula a partir del valor RMS, o suma cuadr\u00e1tica de los valores de cada frecuencia, respecto al valor de la fundamental. Estas tasas nos permitir\u00e1n, como veremos, determinar la severidad de la distorsi\u00f3n arm\u00f3nica en nuestra red, y la necesidad o no de aplicar medidas correctivas.<\/p>\n [vc_empty_space height=”20px”][\/vc_column_text][vc_single_image image=”15892″ img_size=”large” alignment=”center”][vc_column_text][vc_empty_space height=”10px”]<\/p>\n Un aspecto importante que hay que considerar es que, como hemos determinado, son las cargas no lineales o distorsionantes las que generan arm\u00f3nicos de corriente, y el hecho de que circulen por los cables de distribuci\u00f3n dichas corrientes arm\u00f3nicas provoca ca\u00eddas de tensi\u00f3n a las diferentes frecuencias arm\u00f3nicas. Esto supone la aparici\u00f3n de tensiones arm\u00f3nicas, o sea, que distorsionan la tensi\u00f3n, incrementando as\u00ed el valor del THD (U). Por tanto, las tasas de THD (I) y THD (U) ser\u00e1n siempre valores que se deber\u00e1n analizar de manera conjunta, cuando se plantee la necesidad de solucionar alg\u00fan tipo de problem\u00e1tica asociada a los arm\u00f3nicos el\u00e9ctricos en nuestra red.<\/p>\n Otra importante particularidad de los arm\u00f3nicos el\u00e9ctricos es el hecho de que presentan diferentes secuencias de fase. Pueden ser directas, inversas o homopolares, tambi\u00e9n conocidas como de secuencia cero.<\/p>\n [vc_empty_space height=”20px”][\/vc_column_text][vc_row el_id=\"bloque_seis\" el_class=\"bloque_subsector_padding_0\"][vc_column][vc_column_text el_class=\"animacion_left\"]Fig. 7[\/vc_column_text][vc_row_inner]\n [vc_column_inner width=\"1\/3\"] <\/p><\/div> Secuencia directa (positiva)<\/p><\/div>[\/vc_column_inner]\n \n [vc_column_inner width=\"1\/3\"] <\/p><\/div> Secuencia inversa (negativa)<\/p><\/div>[\/vc_column_inner]\n \n [vc_column_inner width=\"1\/3\"] <\/p><\/div> Secuencia homopolar (zero)<\/p><\/div>[\/vc_column_inner]\n [\/vc_row_inner][\/vc_column][\/vc_row][vc_column_text][vc_empty_space height=”30px”]<\/p>\n El origen de los problemas en las redes el\u00e9ctricas<\/strong><\/span><\/p>\n A efectos pr\u00e1cticos, son estas \u00faltimas, que corresponden a los arm\u00f3nicos triples, las que implican una mayor problem\u00e1tica en las redes el\u00e9ctricas por el hecho de que al estar en fase se suman entre ellas. As\u00ed, en redes de 4 hilos, 3 fases y neutro, con un n\u00famero significativamente alto de cargas monof\u00e1sicas electr\u00f3nicas (ordenadores, o computadores, y receptores similares), al no anularse entre ellos, se suman en el conductor de neutro.<\/p>\n Por consiguiente, si suponemos una red con 50 A de corriente arm\u00f3nica de orden 3 por cada fase, en el conductor de neutro tendremos directamente 150 A de corriente de arm\u00f3nico 3.<\/p>\n Esto conlleva un riesgo de sobrecarga en dicho conductor de neutro, tanto a nivel de disparo de protecciones t\u00e9rmicas, como de seccionamiento del neutro. Ello provocar\u00eda la situaci\u00f3n m\u00e1s adversa, por el importante desequilibrio de las tensiones de alimentaci\u00f3n de las cargas que ocasionar\u00eda, que podr\u00eda derivar en graves aver\u00edas de los equipos conectados en ese momento por sobretensi\u00f3n.<\/p>\n Los problemas tambi\u00e9n surgen de manera habitual a nivel de los transformadores de potencia que alimentan la instalaci\u00f3n. Si estos han de suministrar, adem\u00e1s de la corriente fundamental asociada a la potencia activa, corrientes arm\u00f3nicas no productivas (es decir, que no son \u00fatiles), sus p\u00e9rdidas pueden ser tan elevadas que causen que la calidad de la tensi\u00f3n que se suministra sea pobre, con altos niveles de THD(U). Este hecho afectar\u00eda al funcionamiento de las cargas alimentadas. El caso m\u00e1s extremo, incluso se producir\u00eda un exceso de temperatura en el transformador que puede derivar en su destrucci\u00f3n.<\/p>\n Otro aspecto esencial es la afectaci\u00f3n que la presencia de arm\u00f3nicos el\u00e9ctricos puede provocar en las protecciones diferenciales contra corrientes de fuga. Es imprescindible utilizar rel\u00e9s diferenciales adecuados para garantizar la correcta protecci\u00f3n en estas redes. En este sentido, el uso de diferenciales tipo B para todos aquellos receptores que incorporen una conversi\u00f3n CA\/CC en su funcionamiento (como son los variadores de velocidad, SAI\u2019s, rectificadores o cargadores de veh\u00edculos el\u00e9ctricos) se hace no solo esencial, sino obligatorio.<\/p>\n En cuanto a la existencia de altos niveles de distorsi\u00f3n arm\u00f3nica en tensi\u00f3n en la red, podemos relacionarlos con problemas que aparecen en equipos electr\u00f3nicos \u201csensibles\u201d. En este caso, la mala calidad de la tensi\u00f3n de suministro puede causar su malfuncionamiento en relaci\u00f3n con \u2018resets\u2019, interferencias, errores de c\u00e1lculo, etc.<\/p>\n Finalmente, sin duda el problema m\u00e1s conocido y frecuente es la problem\u00e1tica entre la instalaci\u00f3n de una bater\u00eda de condensadores para compensar energ\u00eda reactiva inductiva y la existencia de arm\u00f3nicos el\u00e9ctricos en la red.<\/p>\n <\/p>\n La explicaci\u00f3n del caso<\/strong><\/span><\/p>\n Consideremos primero c\u00f3mo es la curva de impedancia de un condensador, que podemos denominar \u2018resistencia\u2019. Como podemos ver en la Fig. 8, a mayor frecuencia, menor impedancia. Y ya sabemos que los arm\u00f3nicos tienen una frecuencia superior a la de la fundamental de la red. Por tanto, el condensador presenta menor resistencia a dichas frecuencias arm\u00f3nicas. Se convierte, en consecuencia, en un \u2018camino de baja impedancia\u2019 para dichas corrientes. En otras palabras, tiende a absorberlas, de manera que en redes con presencia de arm\u00f3nicos los condensadores siempre est\u00e1n sobrecargados en un cierto nivel. Y ello provoca su deterioro a corto plazo.<\/p>\n [vc_empty_space height=”10px”][\/vc_column_text][vc_row el_id=\"bloque_seis\" el_class=\"bloque_subsector_padding_0\"][vc_column][vc_column_text el_class=\"animacion_left\"][\/vc_column_text][vc_row_inner]\n [vc_column_inner width=\"1\/2\"] <\/p><\/div> Fig. 8<\/p><\/div>[\/vc_column_inner]\n \n [vc_column_inner width=\"1\/2\"] <\/p><\/div> Fig. 9<\/p><\/div>[\/vc_column_inner]\n [\/vc_row_inner][\/vc_column][\/vc_row][vc_column_text][vc_empty_space height=”10px”]<\/p>\n No obstante, no es esta sobrecarga el mayor problema que se puede generar. Lo es la posibilidad de que se produzca un fen\u00f3meno de resonancia, que implica la amplificaci\u00f3n de las corrientes arm\u00f3nicas previamente existentes en la red antes de la conexi\u00f3n de la bater\u00eda de condensadores.<\/p>\n Tenemos que considerar entonces el par\u00e1metro conocido como la frecuencia de resonancia del sistema (Fig. 9), que relaciona la potencia de cortocircuito en el punto de conexi\u00f3n de la bater\u00eda de condensadores a la red con la potencia en kvarC de la propia bater\u00eda. Este valor, indica el orden del arm\u00f3nico, o sea, orden 5, 7, 11\u2026 que podr\u00eda amplificarse al conectarse los condensadores a la red, ocasionando su amplificaci\u00f3n.<\/p>\n [vc_empty_space height=”5px”][\/vc_column_text][vc_single_image image=”15922″ img_size=”full” alignment=”center” title=”Fig. 10″][vc_column_text][vc_empty_space height=”4px”]<\/p>\n En el ejemplo de la Fig. 10, aparece una clara resonancia en el arm\u00f3nico 5\u00ba. Simplemente tenemos que contar los 5 \u2018picos\u2019 que aparecen un ciclo.<\/em><\/span><\/p>\n [vc_empty_space height=”10px”]<\/p>\n El procedimiento que hay que implementar para evitar este fen\u00f3meno de resonancia se basa en instalar bancos de capacitores con filtros de rechazo o desintonizadas. Estos bancos incorporan en serie con cada capacitor o grupo de capacitores de cada escal\u00f3n una reactancia, que en la Fig. 11 puede identificarse con un color amarillento. De esta forma, se sintoniza dicho grupo reactancia-capacitor a una frecuencia por debajo del primer arm\u00f3nico relevante en la red.<\/p>\n [vc_empty_space height=”5px”][\/vc_column_text][vc_single_image image=”15931″ img_size=”large” alignment=”center” title=”Fig. 11″][vc_column_text][vc_empty_space height=”4px”]<\/p>\n Fig. 11, Bancos de capacitores con filtros de rechazo o desintonizadas<\/em><\/span><\/p>\n [vc_empty_space height=”10px”]<\/p>\n Como hemos comentado, el primer arm\u00f3nico relevante en la red es, en la gran mayor\u00eda de casos, el tercero o el quinto. Y las habituales frecuencias de resonancia son las que se especifican en la Fig. 12 (se indican los valores a 50 Hz \/ 60 Hz).<\/p>\n [vc_empty_space height=”5px”]<\/p>\n Fig.12<\/strong><\/span><\/p>\n [vc_empty_space height=”10px”][\/vc_column_text][vc_column_text][vc_empty_space height=”10px”]<\/p>\n Unos sistemas que garantiza al 100 % la compensaci\u00f3n de energ\u00eda reactiva de manera totalmente inmune a la presencia de arm\u00f3nicos en la red son los generadores est\u00e1ticos de reactiva, concretamente, la gama SVGm de CIRCUTOR (Fig. 13). Estos generadores de reactiva, con capacidad de compensaci\u00f3n tanto de potencia inductiva como capacitiva, est\u00e1n basados en electr\u00f3nica de potencia y constituyen la soluci\u00f3n tecnol\u00f3gicamente m\u00e1s avanzada en la correcci\u00f3n del coseno de phi.<\/p>\n [vc_empty_space height=”5px”][\/vc_column_text][vc_single_image image=”15941″ img_size=”large” alignment=”center” title=”Fig. 13″][vc_column_text][vc_empty_space height=”10px”]<\/p>\n Existen opciones de filtrado pasivo de corrientes arm\u00f3nicas, entre las cuales las m\u00e1s sencillas son las reactancias de l\u00ednea o choque (Fig. 14). Se instalan a la entrada de variadores de velocidad o cargas similares, que pueden proporcionar cierto grado de reducci\u00f3n de los niveles de THD(I). Habitualmente, desde valores iniciales alrededor del 40 %, hasta valores finales de 25 %.<\/p>\n [vc_empty_space height=”5px”][\/vc_column_text][vc_single_image image=”15949″ img_size=”large” alignment=”center” title=”Fig. 14″][vc_column_text][vc_empty_space height=”10px”]<\/p>\n En todo caso, lo m\u00e1s eficiente para conseguir disminuir los niveles de corrientes arm\u00f3nicas, y, por consiguiente, tambi\u00e9n de tensiones arm\u00f3nicas en nuestra red el\u00e9ctrica es el uso de filtros activos de arm\u00f3nicos. Es decir, la gama AFQm de CIRCUTOR.<\/p>\n Un filtro activo AFQm es, de hecho, un generador de corrientes arm\u00f3nicas que, a partir del uso de la m\u00e1s avanzada electr\u00f3nica de potencia y los m\u00e1s innovadores sistemas de control, es capaz de inyectar corrientes arm\u00f3nicas en contrafase con las existentes en la red, consiguiendo as\u00ed anularlas.<\/p>\n [vc_empty_space height=”5px”][\/vc_column_text][vc_single_image image=”15956″ img_size=”large” alignment=”center” title=”Fig. 15″][vc_column_text][vc_empty_space height=”10px”]<\/p>\n Entre sus m\u00faltiples ventajas respecto a los sistemas de filtrado pasivo podemos destacar su precisi\u00f3n. Es capaz de inyectar la corriente arm\u00f3nica exacta para compensar la existente en la red en cada arm\u00f3nico, sin depender de la variabilidad de la carga.<\/p>\n Destaca igualmente su versatilidad, pues ofrece no solo la capacidad de filtrado de corrientes arm\u00f3nicas, sino tambi\u00e9n de compensaci\u00f3n de reactiva.<\/p>\n La gama de filtros activos AFQm comprende un rango de capacidades de inyecci\u00f3n de corriente que abarca la totalidad de escenarios a nivel de cualquier instalaci\u00f3n el\u00e9ctrica, ya sea a nivel industrial como de servicios, gracias a su modularidad. Adem\u00e1s, incluye tensiones de funcionamiento desde 208 VCA hasta 690 VCA.<\/p>\n [vc_empty_space height=”5px”][\/vc_column_text][vc_single_image image=”15964″ img_size=”large” alignment=”center” title=”Filtros activos AFQm”][vc_column_text][vc_empty_space height=”10px”]<\/p>\n 2 Soluciones: Tipo mural y Tipo rack<\/strong><\/span><\/p>\n Para redes de 50\/60 Hz \u00b15<\/strong><\/p>\n [vc_empty_space height=”5px”]<\/p>\n [vc_empty_space height=”20px”][\/vc_column_text][vc_single_image image=”15981″ img_size=”large” alignment=”center”][vc_column_text][vc_empty_space height=”5px”]<\/p>\n M\u00e1s informaci\u00f3n \u2192<\/strong><\/a><\/p>\n\n\n
\n \u00a0 P%<\/strong><\/td>\n \u00a0 fr<\/strong><\/td>\n \u00a0 Arm\u00f3nico Rechazado<\/strong><\/td>\n<\/tr>\n \n \u00a0 7%<\/td>\n \u00a0 189 \/ 277 Hz<\/td>\n \u00a0 h>5\u00ba, f>250 \/ 300 Hz<\/td>\n<\/tr>\n \n \u00a0 14%<\/td>\n \u00a0 134 \/ 160 Hz<\/td>\n \u00a0 h>3\u00ba, f>150 \/ 180 Hz<\/td>\n<\/tr>\n \n \u00a0 8,7%<\/td>\n \u00a0 170 \/ 203 Hz<\/td>\n \u00a0 h>5\u00ba, f>250 \/ 300 Hz*<\/strong><\/td>\n<\/tr>\n \n *<\/strong> Filtro reforzado: THD(U) > 5%\u00a0 \u00a0\u00a0<\/em><\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n \n
\n\n
\n Tipo Mural<\/strong><\/span><\/td>\n Tipo rack (armario)<\/strong><\/span><\/td>\n<\/tr>\n \n 30 A<\/strong><\/td>\n 100 A<\/strong><\/td>\n 200 A<\/strong><\/td>\n<\/tr>\n \n 60 A<\/strong><\/td>\n 300 A<\/strong><\/td>\n 400 A<\/strong><\/td>\n<\/tr>\n \n 100 A<\/strong><\/td>\n <\/td>\n <\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n