| La presencia de las armónicas en sistemas eléctricos industriales ha sido reconocida por muchos años, sin embargo, solamente en tiempos recientes la proliferación de aparatos generadores de armónicas ha aumentado hasta tal grado que se está convirtiendo en un problema serio, cuyos efectos son negativos para el buen funcionamiento de los sistemas eléctricos, afectando principalmente a las máquinas eléctricas, protecciones, bancos de compensación de reactivos, sistemas de control y cargas sensibles a problemas de calidad de energía.
Contaminación de Sistemas Eléctricos
La contaminación de los sistemas eléctricos está relacionada con la distorsión de las señales de voltaje y corriente. Por otro lado, la distorsión de señales de voltaje está estrechamente relacionada con las cargas conectadas por los usuarios. Es decir, las cargas no lineales (switching) generan corrientes no sinusoidales que distorsionan el voltaje. 
La distorsión en el voltaje se debe a la caída de tensión en las impedancias de transformadores, barras, líneas y cables, producto de la circulación de corrientes no sinusoidales (ver figura 1). 
Figura 1: El esquema muestra el efecto de conectar una carga no lineal.
En forma gráfica, se puede mostrar que de la suma de señales sinusoidales de frecuencias múltiplos de los 50Hz se forma una señal distorsionada o con contenido armónico (ver figura 2). 
Figura 2.
La ecuación anterior muestra el valor eficaz de la corriente (Irms), que está compuesta por su componente fundamental de 50Hz (I1) y se adicionan las armónicas a partir de la segunda hasta la 50 (según la normativa chilena). Se puede demostrar que las pérdidas en un sistema aumentan cuando se está en presencia de contenido armónico. 
La expresión muestra que las pérdidas aumentan, ya que la circulación de las corrientes armónicas por conductores y equipos provoca pérdidas indeseables en su sistema.
Principales responsables de la contaminación armónica
1. Cargas identificables: Cargas no lineales de alta potencia y uso industrial. a. Variadores de velocidad (variadores de frecuencia) de motores de inducción. b. Hornos eléctricos. c. Puentes rectificadores controlados.
2. Cargas no identificables: Cargas no lineales de baja potencia y uso residencial (efecto multiplicador).
a. Computadores personales, redes de computadores. b. Televisores. c. Equipos de iluminación.
Es importante señalar que las armónicas que se producen en sistemas de Baja Tensión en cargas conectadas en forma monofásica producen generalmente un efecto directo sobre el aumento de la corriente por el neutro de las instalaciones, ya que la componente de tercera armónica se suma en forma directa de cada una de las fases en este punto de unión (ver tabla).
Equipo | EFECTOS OBSERVADOS | Transformador | Sobrecalentamiento si el factor K es elevado (superior a 2,7) y la carga es superior al 80% de la nominal. Pérdida de eficiencia por sobretemperatura. | Condensadores | Los condensadores utilizados para compensar el factor de potencia se pueden dañar debido a que los armónicos producen sobretensiones que sobrepasan su capacidad de ruptura dieléctrica y, por ende, aumenta la circulación de corriente armónica. | Motores de inducción | Sobrecalentamiento y vibraciones excesivas, con pérdida prematura de rodamientos y parada de producción correctiva si la distorsión de tensión es superior al 5% | Cables de conexión | Sobrecalentamiento si el valor efectivo de la corriente (medido con un instrumento True RMS) supera las especificaciones del conductor. A mayor frecuencia de la corriente (mayor componente armónica) la corriente tiende a circular por la periferia del conductor, por lo que a mayor armónica se requiere mayor sección de conductores. |
Resumen de los problemas causados por las armónicas
• Aumentan las pérdidas en los sistemas de distribución. • Afectan la operación de las cargas: motores, conversores, transformadores. • Reducen la confiabilidad del sistema por el aumento de la posibilidad de resonancia de los sistemas.
Por los motivos expuestos, se recomienda realizar mediciones para detectar este tipo de problemas y darles una solución a tiempo, antes que equipos e instalaciones comiencen a fallar. |
