Armónicos en la Red Eléctrica

Los armónicos son señales eléctricas de frecuencia múltiple de la frecuencia fundamental de una onda sinusoidal (50 hertz en Chile). En la ingeniería eléctrica, los armónicos son importantes porque pueden causar problemas en los sistemas eléctricos y electrónicos.

Estas señales armónicas en la instalación eléctrica generalmente son problemas ocultos que se encuentran dentro de ésta, ya que los intrumentos que miden estas frecuencias son específicos y costosos para esta función. Debido a esto, el usuario de la instalación eléctrica puede perfectamente desconocer este problema en su instalación a pesar de enviar un equipo técnico de mantenimiento eléctrico poco calificado para esta tarea. 

Los armónicos son producidos por dispositivos electrónicos que no tienen una respuesta lineal a las señales eléctricas, como los rectificadores, los inversores y los equipos de soldadura. Estos dispositivos pueden generar corrientes armónicas que fluyen de regreso al suministro eléctrico, lo que puede causar problemas de sobrecarga y sobrecalentamiento en los transformadores, cables y otros equipos eléctricos.

Algunos de los equipos y dispositivos eléctricos más comunes que generan armónicos en los sistemas eléctricos son:

  • Rectificadores: Los rectificadores son dispositivos que convierten la corriente alterna en corriente continua y son comunes en sistemas de alimentación de equipos electrónicos como computadoras,UPS,  televisores, sistemas de audio, entre otros.

  • Inversores: Los inversores son dispositivos que convierten la corriente continua en corriente alterna y son comunes en sistemas de energía solar y de energía eólica, así como en sistemas de alimentación de equipos electrónicos.

  • Equipos de soldadura: Los equipos de soldadura utilizan fuentes de corriente de alta frecuencia que pueden generar armónicos en los sistemas eléctricos.

  • Variadores de Frecuencia: Los variadores de velocidad, más conocido como variadores de frecuencia, VDF o VFD en inglés, son utilizados en motores eléctricos para ajustar la velocidad y el torque, y pueden generar armónicos importantes en los sistemas eléctricos.

  • Iluminación con diodos emisores de luz (LED): La iluminación LED es cada vez más popular debido a su eficiencia energética y durabilidad, pero algunos tipos de luces LED pueden generar armónicos en los sistemas eléctricos.

En los sistemas eléctricos, los armónicos pueden tener efectos negativos en la calidad del suministro eléctrico y en la fiabilidad de los equipos eléctricos y electrónicos. Algunos de los problemas que pueden ser causados por los armónicos incluyen:

  • Sobrecarga de los cables y transformadores: los armónicos pueden aumentar la corriente que fluye a través de los cables y los transformadores, lo que puede provocar sobrecarga y sobrecalentamiento.

  • Interferencias electromagnéticas: los armónicos pueden afectar a la comunicación de radio y televisión, y pueden causar problemas en los equipos de control y de medición.

  • Fallos en los equipos electrónicos: los armónicos pueden dañar los equipos electrónicos y reducir su vida útil. Además, pueden provocar fallos en los sistemas informáticos y de control.

  • Aumento de las pérdidas de energía: los armónicos pueden provocar un aumento en las pérdidas de energía debido a la sobrecarga y el sobrecalentamiento de los equipos eléctricos.

Además, los armónicos pueden causar problemas en los equipos electrónicos adyacentes, como interferencias en las comunicaciones de radio y televisión, problemas de lectura en los medidores de energía eléctrica, y fallos en los equipos informáticos y de control.

Para controlar los armónicos, se pueden utilizar diversas técnicas, como filtros de armónicos, dispositivos de control de la corriente, y la utilización de equipos que cumplen con los estándares de compatibilidad electromagnética. Es importante llevar a cabo Monitorización, mediciones constantes y análisis de los armónicos en los sistemas eléctricos para detectar y prevenir problemas antes de que ocurran. La prevención y control de los armónicos es crucial para garantizar la fiabilidad y calidad del suministro eléctrico y la operación confiable de los equipos eléctricos y electrónicos.

 

Solucionando el Problema:

Para controlar los armónicos en los sistemas eléctricos, se pueden tomar varias medidas, como la utilización de filtros de armónicos, la limitación de la corriente de carga, y el uso de dispositivos electrónicos que cumplan con los estándares de compatibilidad electromagnética. La prevención y control de los armónicos es importante para garantizar la estabilidad y fiabilidad de los sistemas eléctricos y electrónicos.

Los métodos más empleados parar solucionar este problema son:

  • Añadir filtros de armónicos: Los filtros de armónicos son dispositivos electrónicos que se utilizan para reducir los armónicos. Estos filtros pueden ser instalados en la fuente de alimentación o en los equipos que generan armónicos.

 

  •  Usar transformadores especiales: Los transformadores de aislamiento o los transformadores con núcleo de ferrita son más efectivos para reducir los armónicos que los transformadores convencionales. Estos transformadores son capaces de filtrar los armónicos de alta frecuencia.

 

  •  Cambiar a equipos más eficientes: Los equipos eléctricos que tienen motores de alta eficiencia y convertidores de frecuencia variables pueden reducir la cantidad de armónicos generados.

 

  • Reducir la cantidad de carga no lineal: Las cargas no lineales, como los inversores de energía solar, las computadoras y los equipos electrónicos, generan armónicos. Reducir la cantidad de estas cargas puede ayudar a reducir los armónicos.

 

  • Realizar mantenimiento preventivo: Mantener los equipos eléctricos en buen estado puede ayudar a reducir los armónicos. Los equipos que no están en buen estado pueden generar más armónicos.

Una de las soluciones más eficaces son los Filtros de Armónicos.

Existen diferentes tipos de filtros de armónicos que se pueden utilizar para reducir los armónicos en una instalación eléctrica. A continuación, se mencionan algunos de los tipos más comunes:

  1. Filtros activos: Estos filtros utilizan un circuito de control para generar una corriente que se opone a los armónicos. Los filtros activos son muy efectivos para reducir los armónicos de alta frecuencia.

  2. Filtros pasivos: Estos filtros utilizan componentes pasivos, como inductores, capacitores y resistores, para filtrar los armónicos. Los filtros pasivos son más adecuados para reducir los armónicos de baja y media frecuencia.

  3. Filtros híbridos: Estos filtros combinan las características de los filtros activos y pasivos. Utilizan un circuito de control para generar una corriente que se opone a los armónicos y componentes pasivos para filtrar los armónicos.

  4. Filtros de banda estrecha: Estos filtros están diseñados para filtrar armónicos específicos. Son útiles cuando hay un armónico particular que está causando problemas.

  5. Filtros adaptativos: Estos filtros utilizan algoritmos de control para adaptarse a las condiciones cambiantes de la red eléctrica. Son útiles en situaciones en las que los armónicos varían con el tiempo.

Es importante seleccionar el tipo adecuado de filtro de armónicos para la aplicación específica y tener en cuenta factores como el costo, el tamaño y la eficiencia energética. Además, es recomendable contar con el asesoramiento de un experto en la materia para elegir la solución adecuada.