Si aplicamos una tensión senoidal pura a una carga lineal, por ejemplo una resistencia obtendremos una intensidad senoidal pura.
Por el contrario si esta misma onda de tensión se la aplicamos a una carga no lineal, por ejemplo un dispositivo electrónico, obtendremos una onda senoidal distorsionada.
Esta onda distorsionada equivale a la suma de una onda senoidal pura de la misma frecuencia y a otras ondas más pequeñas llamadas armónicos y que son de frecuencia múltiplo de la onda principal y siempre múltiplos impares.
En la figura hemos representado los armónicos de orden 3 y 5 que tendrán una frecuencia 3 y 5 veces mayor a la de la onda principal, existen armónicos de cualquier valor impar. h=3,5,7,9,11,13. En las instalaciones son preocupantes los armónicos impares del 3 al 11.
Los armónicos además de por la frecuencia se caracterizan por la amplitud de la onda, distorsionando mas la onda principal cuanto mayor es la amplitud.
Los armónicos causan graves problemas en el funcionamiento de la instalación eléctrica como son:
- Pérdida de rendimiento de los motores y transformadores.
- Sobretensiones en los condensadores.
- Disparo inesperado de dispositivos de protección.
- Daños en los aislamientos de cables y dieléctricos
- Disminución de la vida útil de aparatos eléctricos.
- Sobrecargas en el neutro debido al armónico de tercer orden.
- Perturbaciones en las redes de comunicación y en las líneas telefónicas.
Las principales causas de la presencia de armónicos en las instalaciones son:
- Los variadores electrónicos para motores son una de las principales causas de formación de armónicos en la industria.
- Equipo industrial, soldadura, hornos de arco, hornos de inducción, rectificadores, etc
- Equipos para oficina (Ordenadores, Fotocopiadoras, etc.)
- Electrodomesticos (Televisiones, Microondas, Iluminación fluorescente
THD Distorsion Total de Armónicos.
La THD es el modo de expresar como un solo número la distorsión que afecta a una intensidad o una tensión que circula en un punto determinado de la instalación.
Valores críticos de THD en ármonicos de tensión.
- < 5 % Sin riesgos importantes.
- > 5 % y < 8 % Contaminación armónica media, posible mal funcionamiento.
- > 8 % Contaminación armónica elevada, probables fallos de mal funcionamiento.
Valores críticos de THD en armónicos de intensidad.
- < 10 % Sin riesgos importantes.
- > 10 % y < 50 % Contaminación armónica importante con la necesidad de sobredimensionar cable y fuentes de energía.
- > 50 % Muy probable que se produzcan funcionamientos incorrectos en la instalación, necesario analizar y corregir.
Soluciones para atenuar los armónicos.
- Instalar cargas no lineales al principio de la instalación.
- Separar los circuitos en diferentes líneas eléctricas, con cargas lineales y cargas no lineales.
- Fuentes de energía o transformadores diferentes para cargas lineales y no lineales. (Sólo en grandes industrias.)
- Conexiónes especiales en los transformadores. Una conexión ΔY Triangulo-Estrella elimina el tercer armónico.
- Instalación de Inductancias en la alimentación de los variadores de frecuencia.
- Instalación de filtros que pueden ser: Activos, Pasivos, Híbridos.
No se realmente en que documentación se basan para la cuantificar los porcentajes de problemas los valores críticos de THD de armónicos de intensidad.