¡Distorsión armónica! Efectos, medición, análisis
¡La carga de conductos excede los parámetros asignados!
¡Dispara el seguro de sobrecorriente y usted no sabe por qué!
¡Su motor se sobrecalienta y usted detecta una vibración excesiva!
¿Por qué?
¿Qué son las frecuencias armónicas?
La distorsión de la señal de alimentación en la red eléctrica respecto a la forma de una onda sinusoidal ideal indica un contenido de armónicos en esta señal. La Fig. 1 muestra tres formas de onda de la red trifásica con alto contenido de armónicos. Las formas de onda de todas las fases se desvían significativamente de la forma sinusoidal ideal.
La teoría dice que cualquier señal distorsionada se puede descomponer en una serie de armónicos que son un múltiplo entero de la frecuencia fundamental f1. Para una red eléctrica con f1 = 50 Hz, los armónicos son todas las señales con frecuencias que son múltiplos de 50 Hz, como f2 = 100 Hz, f3 = 150 Hz etc.
Cuatro ejemplos del efecto negativo de armónicos
1. Temperatura demasiado alta de conductos
La proximidad es la causa del calentamiento excesivo de cablesson alto contenido de armónicos en la señal de corriente. Para la frecuencia de fuente de alimentación de 50 Hz, el efecto de proximidad es pequeño pero por encima de 250 Hz (quinto armónico) es más significativo.
En la red trifásica de cuatro hilos, el tercer armónico y sus múltiplos no se restablecen. En este caso, la corriente puede fluir en el conductor neutro y generará alta pérdida de calor y aumentará la temperatura.
Si la temperatura excede el límite de resistencia al calor del conductos, existe el riesgo de que el aislamiento se derrita o incluso se quemen los materiales inflamables que estén cerca.
2. Apagón de la instalación
La protección en las redes eléctricas, tales como interruptores de sobrecorriente con un elemento bimetálico, están diseñados de tal manera para que funcionen cuando se excede cierto umbral de temperatura de umbral. Las señales armónicas causan un calentamiento excesivo de conductores. Por tanto, pueden contribuir al mal funcionamiento de esta protección que está diseñada sólo para la frecuencia de la corriente de 50 Hz.
Si las frecuencias armónicas afectan mucho la señal de alimentación, entonces en caso de sobrecarga, los interruptores se apagarán antes de tiempo. Teniendo en cuenta únicamente el criterio de los valores RMS de la corriente y la duración del estado de carga, esto no debería ocurrir.
3. Calentamiento excesivo del transformador
Los armónicos más altos aumentan las pérdidas asociadas al calentamiento de los transformadores. Estas pérdidas tienen lugar, entre otros, en el núcleo y en los devanados. Las pérdidas en el núcleo se deben a la presencia de corrientes de Foucault y son proporcionales al cuadrado de la frecuencia. Sin embargo, las pérdidas en los devanados están relacionadas con el aumento de las pérdidas de calor en el conductor. Estos efectos causan un aumento adicional de la temperatura del transformador, lo que podría provocar su sobrecalentamiento y destrucción.
Punta: La temperatura puede medirse con una cámara de imagen térmica de la serie KT
4. Vida útil más corta de motores
En los motores, el voltaje distorsionado pude causar una vibración excesiva e -igual como en los transformadores- una mayor pérdida de calora través de la formación de corrientes de Foucault. La pérdida de calor adicional y las vibraciones también se producen debido a la generación en el estator un campo con la frecuencia de las señales armónicas.
Cada armónico intenta girar el rotor a diferente velocidad y dirección. La rotación del motor en la dirección nominal, prevista por el fabricante, es causada por los armónicos de orden 1, 4, 7 etc. Por otra parte, la rotación en la dirección opuesta es causada por los armónicos opuestos de orden 2, 5, 8 etc. Esta situación se puede comparar con conducir un coche cunado el conductor al mismo tiempo acelera y frena.
Por lo tanto, los armónicos cuyos amplitudes excedan el límite contribuirán a la formación de las vibraciones no deseadas, el calentamiento excesivo y en consecuencia reducir la vida útil del motor.
Unos pasos sencillos para realizar diagnóstico y medir los armónicos
- Conectar cualquier analizador Sonel de serie PQM de acuerdo con la recomendación del fabricante.
- Ajustar el modo de medición de amplitudes armónicas y parámetros THD, TID y TDD.
- Durante la medición, comprobar el nivel de parámetros THD, TDD y TID y, a continuación, la contribución de cada armónico en la corriente y la tensión.
- Si el nivel del parámetro dado excede el umbral de la norma EN 50160, IEEE 519 u otras normas, actúe.
Análisis de los resultados de la medición de armónicos
- Leer los valores medidos para los parámetros THD, TID y TDD y compararlos con los valores límite.
- Ver las amplitudes de armónicos como un gráfico de barras, como el porcentaje respecto a la frecuencia fundamental (ver Fig. 2).
- Comparar el resultado con los valores límite de las amplitudes de armónicos para los requisitos, por ejemplo de la norma EN 50160.
