En un mundo lleno de dispositivos electrónicos y sistemas de potencia, las incidencias de calidad eléctrica son cada vez más habituales. Entre los principales causantes de estas incidencias destacan los armónicos eléctricos.
¿Qué son los armónicos eléctricos?
En una red eléctrica ideal, las ondas de corriente y voltaje deberían ser completamente senoidales y operar a una frecuencia fundamental constante, como 50 Hz (en el caso de España) o 60 Hz (en América y algunos países de Asia). Sin embargo, la realidad es que, en presencia de armónicos, estas formas de onda presentan deformaciones.
Es decir, los armónicos eléctricos son distorsiones en la forma de onda senoidal, formadas como múltiplos de la frecuencia fundamental. Por ejemplo:
Estas frecuencias adicionales se superponen a la onda fundamental, deformando la onda senoidal ideal tanto de corriente como de tensión, e incrementando sus valores eficaces.
Estos armónicos aparecen en el sistema cuando se conectan un tipo de cargas conocidas como cargas no lineales.
¿Qué son las cargas no lineales?
Las cargas no lineales no consumen energía de manera constante. En lugar hacerlo de forma uniforme, absorben corriente en forma de pulsos o de manera irregular, lo que deforma la forma de onda y genera distorsiones en la red. Esta distorsión es lo que se conoce como armónicos eléctricos.
Las cargas no lineales suelen incluir equipos que convierten corriente alterna en continua y viceversa. Los ejemplos más comunes son:
Consecuencias de los armónicos
Las corrientes armónicas incrementan la corriente eficaz en los circuitos eléctricos y, en consecuencia, afectan negativamente a la calidad de la tensión de alimentación. Cuanto mayor es la tasa de distorsión armónica en corriente (THDi) que circula por la instalación, mayor será la tasa de distorsión armónica en tensión (THDu) en el punto de conexión del suministro.
Algunos de los efectos más destacados son:
1. Sobrecargas y calentamiento en cables, transformadores y motores, debido al aumento de la corriente eficaz.
2. Paradas intempestivas de la producción, generando costes adicionales de operación.
3. Fallos de equipos sensibles, provocado por la distorsión de la tensión de alimentación
4. Riesgo de resonancia, fallo de baterías de condensadores y amplificación armónica en el sistema.
5. Saturación de transformadores, aumento de pérdidas y reducción de la vida útil, causado por el aumento de la corriente eficaz del sistema.
6. Sobreintensidades en el neutro, provocado por los armónicos homopolares que se acumulan en el neutro: 3º, 9º, 15º.
Cómo detectar y cuantificar la presencia de armónicos eléctricos
Los armónicos en la red se pueden identificar mediante mediciones de calidad de red, realizadas con un analizador de redes.
Para identificar qué nivel armónico hay en el sistema, tendremos que configurar el analizador para que mida tanto el THDi como el THDu:
Hay que tener en cuenta que tanto el THDi como el THDu son valores relativos. Esto significa que, por ejemplo, un THDi elevado no implica necesariamente que haya una elevada corriente armónica; siempre debe analizarse en relación con la corriente consumida en ese mismo instante.
Estos parámetros permiten evaluar el nivel de distorsión armónica en la red eléctrica y determinar las actuaciones necesarias para reducirla.
Normativas de Calidad de Energía
El cumplimiento de las normativas de calidad de la energía eléctrica es esencial para garantizar la eficiencia, seguridad y fiabilidad de las instalaciones. Como se ha comentado anteriormente, las distorsiones armónicas generadas por las cargas no lineales pueden afectar la estabilidad de los sistemas eléctricos y dañar los equipos.
Normativas como la familia ISO-EN 61000, la IEE 519 o las guías EREC G5 y la ENA Engineering Recomendation G97 recomiendan los límites aceptables para las tasas de distorsión armónica en tensión (THDu) en la red eléctrica, evitando que la distorsión armónica comprometa la red o al resto de equipos conectados.
La IEC 61000-2-4 recomienda valores límite de THDu en función del tipo de instalación, con el objetivo de garantizar una buena calidad eléctrica. En la práctica, la mayoría de entornos corresponden al ámbito industrial, donde abundan equipos sensibles como sondas o sistemas de control.
En estos casos, si el THDu supera el 5%, es recomendable analizr la instalación y valorar sistemas de compensación armónica, para evitar perturbaciones y asegurar el correcto funcionamiento de los equipos.
| Clase / Categoría | Límite THDu IEC 61000 |
|---|---|
| Industrial | 8 % |
| Industrial Cargas Sensibles | 5 % |
| Residencial | 3 % |
IEC 61000-2-4. Valores límite de THDu según clase de instalación
Además, en la UNE-EN 50160 se especifica el límite permitido para los armónicos individuales o parciales, tal como se muestra en la siguiente tabla:
| Armónicos Impares (no–múltiplos de 3) |
Armónicos Impares (múltiplos de 3) |
Armónicos Pares | |||
|---|---|---|---|---|---|
| Orden Armónico (h) | Tensión Armónica % h = 1 | Orden Armónico (h) | Tensión Armónica % h = 1 | Orden Armónico (h) | Tensión Armónica % h = 1 |
| 5 | 6,0 | 3 | 5,0 | 2 | 2,0 |
| 7 | 5,0 | 9 | 1,5 | 4 | 1,0 |
| 11 | 3,5 | 15 | 0,5 | 6 | 0,5 |
| 13 | 3,0 | 21 | 0,3 | 8 | 0,5 |
| 17 ≤ h ≤ 49 | 2,27(17/h) – 0,27 | ≥ 23 | 0,2 | ≥ 10 | 0,25(10/h) + 0,25 |
UNE-EN 50160. Valores límite más comunes de THDu para redes de Baja Tensión (1000 V)
Si el valor de THDu supera cualquier de estos límites, es aconsejable implementar medidas para atenuar la distorsión armónica.
Cómo mitigar los armónicos
Para reducir los armónicos y minimizar sus efectos, una de las soluciones más eficaces es la instalación de Filtros Activos de Armónicos. Estos equipos leen en todo momento la corriente armónica en el sistema y generan una corriente opuesta que la cancela. Es capaz de mitigar los armónicos hasta orden 50.
Su funcionamiento es dinámico, por lo que se adaptan de forma continua a las variaciones del sistema y a los diferentes niveles de carga.
Aunque existen otras soluciones, como los filtros pasivos, diseñados para bloquear armónicos específicos, los Filtros Activos ofrecen muchas otras ventajas a parte de la compensación armónica. Sus funciones principales son:
Si quieres más información sobre estos equipos, puedes consultar nuestro apartado de Filtros Activos de Armónicos en nuestra página web.
Conclusión
Los armónicos son un desafío creciente en las instalaciones eléctricas modernas, especialmente con el aumento de dispositivos electrónicos y sistemas de potencia con cargas no lineales en la red.
Estos armónicos afectan negativamente a la calidad de la energía eléctrica, provocando problemas como sobrecalentamiento en equipos y conductores, pérdida de eficiencia y fallos en otros dispositivos electrónicos.
Para gestionar este problema, es esencial contar con soluciones eficaces que no solo mitigan los armónicos, sino que también optimizan el rendimiento de la red eléctrica.
Los Filtros Activos de Armónicos se presentan como una de las soluciones más avanzadas y eficientes, ya que eliminan los armónicos en tiempo real, compensan la potencia reactiva, tanto inductiva como capacitiva, y equilibran las fases, garantizando una mayor estabilidad y fiabilidad del sistema eléctrico.
Si crees que tu instalación podría estar sufriendo problemas provocados por los armónicos eléctricos, contacta con nosotros. Contamos con la experiencia y la tecnología necesarias para evaluar tu red y ofrecerte una solución óptima que mejore su rendimiento y fiabilidad.
