Los armónicos se definen como oscilaciones de frecuencia múltiplo de la fundamental (carcterizados también como perturbaciones en la señal eléctrica debido a cargas no lineales). Son componentes de frecuencia superior a la frecuencia fundamental, que en nuestro caso es de 50Hz. Cuando aparecen en una instalación, significa que, aunque la señal sea solo de 50Hz, esta contiene componentes de alta frecuencia.
Los armónicos de rango par (2,4, 6, 8…) no suelen estudiarse en los entornos industriales porque son anulados gracias a la simetría de la señal alterna. Los que ocasionan problemas son los armónicos impares. Para las redes trifásicas, el armónico de rango 3 merece su atención. Los armónicos de tensión se deben a la caída de tensión que producen los armónicos de corriente sobre las impedancias de la red de distribución.
THD: Es la tasa de distorsión armónica o en inglés: Total Harmonic Distorsion, a la relación entre la corriente o tensión fundamental (50Hz) y la distorsionada en tanto por ciento.
Espectro armónico
Permite descomponer una señal en sus armónicos y representarlo con un gráfico de barras, donde cada una representa un armónico, con una frecuencia, valor eficaz, magnitud y desfase.
Tipos de cargas
Cargas lineales
Una carga es Lineal cuando la corriente que absorbe tiene la misma forma que la tensión que la alimenta.
Cargas no lineales
Una carga No lineal es cuando la corriente que absorbe no tiene la misma forma que la tensión que la alimenta. Esta corriente es rica en componentes armónicos. “Es el tipo de carga que deforma la forma de la onda”.
Aparatos que generan armónicos
Equipos electrónicos que internamente trabajan en c.c y que disponen de un rectificador y condensador de filtro en la entrada (ordenadores, impresoras, autómatas programables, etc).
Reguladores de velocidad, arrancadores estáticos, etc.
Instalaciones de iluminación con lámparas fluorescentes, leds, etc.
Equipos de soldadoras.
En redes de distribución de 4 hilos, la corriente que circula por el neutro es igual a la suma vectorial de las 3 corrientes de fase, por lo que, si las cargas de las 3 fases están correctamente equilibradas y la corriente es senoidal, la resultante por el conductor de neutro es nula o muy reducida.
Esto es para la frecuencia fundamental, pero cuando se presentan armónicos mezclados con la corriente fundamental 50 Hz, en los armónicos impares de orden superior, por ejemplo, en el tercer armónico de 150Hz, y los múltiplos de 3, los generados por las tres corrientes de fase no se anulan, se suman por estar en fase generando una corriente en el neutro que puede alcanzar valores tres veces superior a la corriente de fase.
Resumiendo, es importante prescindir del tópico de dimensionar el neutro con una sección mitad a las de las fases, pues esta situación solo sería conveniente ante cargas puramente resistivas y perfectamente distribuidas entre las fases. Caso improbable en la actualidad, calculando este neutro con sección como mínimo igual a la de las fases.
¿Cómo afectan los armónicos al coseno de FI?
En principio hay que saber que afectan. Se tiende a pensar que el coseno de fi y el factor de potencia son lo mismo. Esto es así solo cuando no existen armónicos. En el caso de que existan armónicos, aparecerá una nueva componente “D”, que deberemos tener en cuenta en los cálculos. En este caso con armónicos, la potencia aparente ahora pasa a ser S y no S1, como muestran las siguientes imágenes:
Sin armónicos
Con armónicos
¿Cómo afectan los armónicos a la aparamenta eléctrica?
Disparos indeseados en diferenciales
Tipos de diferenciales que existen en el mercado
Clase AC
protegidos frente a disparos intempestivos originados por sobrecargas transitorias y con funcionamiento correcto con corrientes de fuga perfectamente senoidales. Son insensibles a corrientes rectificadas, con o sin una componente continua.
Clase Si
protegidos frente a disparos intempestivos originados por sobrecargas transitorias. Han sido diseñados para funcionar ante disparos por altas frecuencias.
Clase A
protegidos frente a disparos intempestivos originados por sobrecargas transitorias. Han sido diseñados para que funcionen correctamente ante corrientes pulsantes con una componente continua de hasta 6mA.
Clase B
protegidos frente a disparos intempestivos originados por sobrecargas transitorias. Han sido diseñados para funcionar correctamente ante cualquier componente continua.
Disparos indeseados en magnetotérmicos
Para producirse el disparo de la parte térmica, los interruptores magnetotérmicos disponen de una lámina bimetálica, la cual soporta una determinada temperatura en función de la intensidad que la atraviese.
Cuando el dispositivo alcanza un determinado umbral de temperatura, que significa que la intensidad nominal del dispositivo de protección ha sido superada, esta lamina vence un punto de equilibrio mecánico en determinada curvatura y se comporta como un muelle, liberando esa energía mecánica sobre el disparador y abriendo el circuito.
Cuando las corrientes armónicas de elevada frecuencia circulan a través de esa lámina, se produce un aumento de su resistencia óhmica, debido al efecto pelicular, lo que ocasiona un calentamiento adicional debido al efecto Joule, que hace disparar el interruptor a intensidades inferiores a la nominal.
La lámina alcanza una temperatura superior a la que tendría que soportar si fuera atravesada por los mismos amperios, pero sin componente armónica alguna.
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