El temido tercer armónico ¿En qué afecta a mi instalación?

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Si has llegado hasta aquí y no tienes ni idea de qué es un armónico, cómo se originan y cómo evitarlos, enhorabuena: Te doy la bienvenida al mundo de los mortales.

Imagen de portada, con un cuadro electrico al fondo, el avatar de Nergizo y dos gráficas de armónicos en primer plano
 

¿Qué es eso de los armónicos?

Por definición la distorsión armónica no es más que la ‘deformidad’ de una onda. Esta deformidad, que en conjunto se conoce como THD (Tasa de Distorsión Armónica), es la suma de la afección individual de cada uno de los distintos armónicos presentes en el espectro armónico de la onda.
Gráfico del espectro de la distorsión armónica de una ondaLa onda de tensión alterna que llega a un punto de consumo, se suministra a 50 Hz y es una onda senoidal perfecta. Sin embargo, dependiendo del tipo de carga que conectemos, la forma de la onda de corriente que consumirá esa carga, cambiará. En concreto, si lo que conectamos son cargas no lineales, cambiaremos la forma de onda de la corriente, generando armónicos en la instalación.
ondas de tensión sistema trifásico
— ¿Y cómo sé yo si estoy conectando cargas no lineales a mi instalación?

— No te preocupes Fulguencio, te traigo una lista de las cargas no lineales más comunes:

  • Fuentes de alimentación
  • Ordenadores
  • Impresoras
  • Microondas
  • Tubos fluorescentes con balasto tradicional
  • Tubos fluorescentes con balasto electrónico
  • Etc

conjunto de elementos que producen armonicos

Por ejemplo, aquí vemos las curvas de un tubo fluorescente. Como se puede apreciar, la curva de tensión (azul) no tiene la misma forma que la onda de corriente (roja). Esto se debe a que la carga es no lineal.

curva de tension y corriente en tubos fluorescentes

Estos armónicos se dividen en rangos (n), así pues, un armónico solamente podrá ser de frecuencia un número entero de veces la frecuencia base (50 Hz). Por ejemplo, el armónico de rango 2 será de frecuencia 2×50 Hz=100 Hz, el armónico de rango 3 será de frecuencia 3×50 Hz=150 Hz. De igual forma que un armónico de rango n tiene n veces la frecuencia de la componente base, la amplitud de la onda será inversamente proporcional al rango, es decir, será 1/n veces la amplitud de la componente base.

Entonces, el peor armónico debería ser el de rango 2, ya que fuera de la componente fundamental de 50 Hz, es el que más amplitud tiene, ¿no? Negativo, Fulgencio: los armónicos de rango par normalmente se anulan entre sí, por tanto, el siguiente peor es el de rango 3.

— ¿Y por qué es tan peligroso el armónico de rango 3?

En sistemas trifásicos equilibrados (donde todas las fases soportan la misma carga y éstas son lineales), la corriente que pasa por el conductor del neutro es cero al anularse matemáticamente las componentes de corriente de las 3 fases. Sin embargo, cuando tenemos cargas no lineales que generan armónicos, éstas los producen en cada una de las fases.

armonico de rango 3

 

El peligro del armónico de rango 3

En el momento en que las corrientes llegan al conductor del neutro y se “suman” eléctricamente, no hay ningún problema con las componentes fundamentales ya que están desfasadas entre sí y se anulan en el caso de sistemas equilibrados y con cargas lineales. Sin embargo, cuando hay cargas no lineales trifásicas y existe componente de rango de 3 no pasa lo mismo, ya que, por sus características constructivas, la onda no se anula, sino que se multiplica por 3. De esta forma, tendríamos circulando por la instalación una onda de la misma amplitud que la original, pero con el triple de frecuencia.

tercer armonico por las corrientes de fase

tercer armonico circulando por el neutro

—Pero bueno, ¿y que puede pasar si tengo armónicos en mi instalación?

—Pues Fulgencio, los problemas más típicos ocasionados por la presencia de armónicos en las instalaciones son los siguientes:

  • Sobrecalentamiento del conductor del neutro: Al aumentar el valor eficaz de la corriente que circula por el neutro, podemos dar lugar a sobrecalentamientos. Si la instalación no está preparada para absorber este incremento de corriente, puede dar lugar a una degradación del aislamiento de los cables o incluso a un corte del conductor, produciendo una sobretensión permanente que dañaría de forma irreversible los equipos conectados.
  • Disparo intempestivo de magnetotérmicos: Al aumentar la corriente que pasa por los conductores donde hay cargas no lineales conectadas, podemos hacer que salte la protección térmica e incluso la magnética si la cresta de la corriente armónica es muy elevada.
  • Caídas de tensión con componente armónica: Cuando una corriente circula por un conductor, produce una caída de tensión. La forma de onda de la caída de tensión depende de la forma de onda de la corriente que ha pasado por el conductor, así pues, las corrientes con componente armónica producen caídas de tensión con componente armónica que pueden afectar a cargas sensibles de la instalación.

— ¿Entonces debo cambiar algo en la instalación de mi casa?

— Si tienes una casa normal, con uno o dos ordenadores conectados, y haces un uso normal de las cosas, la respuesta es no. Diferente sería si tienes 20 ordenadores encendidos las 24h del día minando criptomonedas.

oficina con muchos ordenadores

Ahora bien, en el caso de las instalaciones industriales o con muchos ordenadores conectados, es muy recomendable realizar un análisis de los armónicos mediante el uso de un analizador de redes. De esta forma podremos saber cuáles son aquellos que aparecen en mayor o menor medida y mitigarlos.

analizador de redes

 

Cómo evitarlos

La forma más común de acabar con los armónicos de una instalación eléctrica es con el uso de filtros activos. Estos filtros se encargan de cuidar de la calidad de nuestro suministro eléctrico mediante el filtrado de los armónicos con filtros paso-banda, paso-alto o paso-bajo que solamente dejan pasar ciertas frecuencias de onda. También los hay que realizan un equilibrado de las fases minimizando la corriente que circula por el neutro, además de compensar la potencia reactiva para evitar el uso de baterías de condensadores o recargos en la factura.

9 comentarios en «El temido tercer armónico ¿En qué afecta a mi instalación?»

  1. En mi casa saltaba el diferencial con frecuencia, con varios ordenadores conectados frequentemente, consolas y por lo que dicen la placa de inducción y la plancha de la ropa se generan muchos armónicos. El caso es que no pasaba una semana sin saltar, hasta el punto que tenia un diferencial solo para la nevera aunque es verdad que nunca saltó estando fuera de casa. El caso es que me puse un diferencial súper inmunizado y llevo 6 meses con 0 saltos de diferencial.

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    • Exacto, el mayor peligro de los armónicos lo tenemos en las instalaciones trifásicas. No debemos olvidar, que aunque lo que hay de nuestro cuadro hacia dentro sea una instalación monofásica (en el caso de bloques de viviendas), al llegar al embarrado general se convierte en una instalación trifásica y el problema está ahí aunque no seamos responsables directos de ello.

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  2. Muy bien explicado, saludos

    PD: si alguno quiere u buen diferencial superinmunizado le recomiendo éste: https://amzn.to/3mdKBLv

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  3. Tengo un problema con 3 bombillas leds de la cocina. Cada dos semanas se me funde una y ya llevo un pastizal gastado en bombillas. Mi hipóteis es que la placa de inducción de la cocina está induciendo tensiones parasitárias en los cables de estos leds creando armónicos que destrozan la electrónica que lleva internamente las bombillas. Al leer este artículo se me ha encendido la bombilla con lo del filtro activo. Acabo de comprar tres filtros EMI (de 1A) en Aliexpress para colocarle uno a cada bombilla. Cruzo los dedos para que me solucione el problema. Ya os contaré si ha funcionado. Muchas gracias por el artíclo.

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    • Acabo de instalar los filtros EMI. Uno por bombilla led. Antes se me fundía una bombilla cada dos semanas, cruzo los dedos para ver si esto soluciona el problema. En un mes os podré contar.

      Un saludo

      Responder

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