Las centrales generadoras de energía eléctrica se encargan de suministrar un servicio estable y continuo en términos de tensión, corriente y frecuencia.
El sistema eléctrico en nuestro país es controlado y monitoreado por el Centro Nacional de Control de Energía (CENACE), un organismo público descentralizado encargado del control operativo del Sistema Eléctrico Nacional, la operación del Mercado Eléctrico Mayorista y garantizar la imparcialidad en el acceso a la Red Nacional de Transmisión y a las Redes Generales de Distribución.
Actualmente, las cargas que se conectan a la red eléctrica son más susceptibles a perturbaciones eléctricas. Otras distorsiones también pueden estar presentes debido a la conexión de equipos como cargadores de baterías, brazos automatizados para la industria, balastros electrónicos, etc. Esto ha llevado a que los usuarios industriales tengan una mayor conciencia sobre la calidad de energía, especialmente porque las normas se han vuelto más exigentes.
Es poco común ver armónicos eléctricos dentro de entornos domésticos, aunque pueden existir. Sin embargo, lo más habitual es encontrarlos en grandes superficies y, sobre todo, en fábricas con mucho equipo eléctrico-electrónico conectado.
Las frecuencias armónicas en la red eléctrica son una causa frecuente de problemas de calidad de energía, lo que puede provocar:
- Aumento del calentamiento en equipos y conductores
- Fallas en los variadores de velocidad
- Pulsaciones de torque en los motores
A grandes rasgos, los armónicos eléctricos son perturbaciones en la frecuencia real de la señal eléctrica que se originan dentro de las instalaciones y generan caídas de tensión que pueden causar problemas tanto a corto como a largo plazo.
Problemas detectados en la red eléctrica
Los problemas más comunes están relacionados con:
- Factor de potencia
- Armónicos
El factor de potencia es la relación entre la potencia real y la potencia aparente, expresada como un número decimal menor a 1.
En México, debido a la implementación del Código de Red, los centros de carga conectados a alta tensión deben mantener un factor de potencia entre 0.95 y 1.
Los armónicos inducidos por cargas no lineales (norma IEEE 519) provocan distorsión en las ondas de corriente y/o voltaje a diferentes niveles de frecuencia. Según el Código de Red, los armónicos más significativos son:
- 3° (provocado por cargas monofásicas)
- 5° (provocado por cargas trifásicas)
- 7°
- 11°
- 13°
Los armónicos de intervalo par no se estudian porque se anulan gracias a la simetría de la señal alterna.
Distorsión Armónica Total (THD)
Los armónicos generalmente se analizan mediante la Distorsión Armónica Total (THD – Total Harmonic Distortion). Esto permite evaluar la contaminación de una red de tensión o corriente comparando la señal de salida con la de entrada.
Tabla de niveles de perturbación de armónicos en tensión:
| Índice en tensión (THDV) | Perturbaciones detectadas |
|---|---|
| THDV < 5% | Nada en general |
| 5% < THDV < 8% | Mal funcionamiento de material anormalmente sensible |
| 8% < THDV < 10% | Probable mal funcionamiento del material |
| THDV > 10% | Mal funcionamiento del material |
Triángulo de Potencia y Armónicos
Debido a la importancia de los armónicos, el triángulo de potencia ha sido modificado para incluir las distorsiones que afectan al sistema eléctrico.
El uso eficiente de la energía (factor de potencia) se ve afectado por los armónicos, por lo que es crucial monitorear estos efectos para evitar daños en los sistemas eléctricos o en los componentes conectados a ellos.
Es importante contar con equipos de monitoreo y adquisición de datos con la frecuencia de muestreo adecuada para análisis de potencia, armónicos, flicker, etc.
