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14 mayo 2009

Mis amigos los armónicos parte II

En la primera parte vimos que son los armónicos, ahora veremos por que se producen.

El origen de los armónicos en electricidad esta ligado al tipo de carga que se esta alimentando, tenemos pues, que los responsables de generar armónicos son, precisamente las cosas que queremos utilizar, si por ejemplo, nuestras cargas fueran netamente resistivas o inductivas o capacitivas, veremos que muestran un comportamiento lineal en su relación de voltaje y corriente, esto es, al aplicarle un voltaje de tipo senoidal a estos elementos, su “respuesta” en corriente será de igual forma.

image

Por el contrario, si tenemos una carga no lineal…. un momento, ¿que es una carga no lineal?, es una carga que manifiesta una relación V/I distinta a una constante, como vemos en la figura de mas arriba, la razón, entre la corriente (forma senoidal de la izquierda) y el voltaje (forma senoidal de abajo a la derecha), produce una línea recta (arriba a la derecha). mientras que en una carga no lineal esto no se cumple, y la razón, V/I no es constante.

image ahora bien esta no linealidad, ocurre por las características propias de los elementos que conforman nuestra carga, no podemos modificarlas, por ejemplo, un transistor, un diodo, etc. todos son ejemplos de cargas no lineales, entonces vemos que los elementos electrónicos son potenciales fuentes de armónicos para las redes eléctricas, de hecho el problema se ha incrementado en los últimos años debido al auge de las computadoras, entonces imagine que la fuente de nuestra PC, que tiene rectificadores (fuente por excelencia de armónicos) producen armónicos, ahora imagine todas las computadoras de un gran edificio produciendo esos armónicos, esto representa un gran problema, de hecho los nuevos códigos eléctricos (NEC) ahora traen un apartado sobre el tema. También podemos guiarnos con la norma IEEE 519.

Ahora bien, definimos las causas de los armónicos, ahora vamos a ver los efectos de los armónicos en la red eléctrica. El primer problema que nos encontramos es que los armónicos hacen que circulen corrientes por lugares donde no queremos que eso pase, por ejemplo, por el cable neutro, o en los devanados de un transformador en delta, y no solo eso, sino que esta corriente esta a una frecuencia distinta a la nominal, entonces pudiera darse el caso y dependiendo de la magnitud de los armónicos, por el conductor neutro podría circular una corriente de tal magnitud que comprometa la integridad del aislante (o mejor dicho, lo achicharra) lo que podría traer graves consecuencias.

imageEn el dibujo de arriba vemos como esto es posible, ya que el mismo armónico se manifiesta en todas las fases del sistema, el resultado es que el neutro ve el triple de las corrientes por fase y a una frecuencia mayor, por eso una forma de detectar armónicos es usar una pinza, clamp con medidor de frecuencia, si detectamos un valor de 180 o 150 Hz estamos en presencia de armónicos de tercer orden.

Esto nos lleva a definir las 3 clases de armónicos que vamos a encontrar, primero tenemos los armónicos fundamentales, los de secuencia positiva, estos armónicos “giran” en el mismo sentido que la onda fundamental, pueden aumentar las corrientes en las líneas, el segundo tipo son los armónicos de secuencia negativa, “giran” al contrario de la onda fundamental, por lo que tienden a frenar los motores, recalentándolos. Finalmente tenemos los famosos triplen o terceros armónicos, es decir el 3,6,9, etc. El problema con los terceros armónicos es que tienden a sumarse, como vimos en el grafico de arriba, por lo que pasan por los neutros en las conexiones en estrella, o se quedan circulando en las conexiones delta, en conclusión, se pueden convertir en asesinos silenciosos de los sistemas eléctricos.

Ahora, para determinar si un armónico es de secuencia: positiva, negativa o cero, realizamos un calculo muy sencillo:

tenemos por ejemplo la frecuencia fundamental 60Hz.

Cada fasor fundamental esta 120º separados entre si, por lo que el fasor A esta 0º, el B 120º y el C a 240º.

lo que asemos entonces es multiplicar los grados por el orden del armónico, el resultado es la fase del armónico en cuestión.

    FASES  
Armónico A B C
3 0ºX3=0º 120ºX3=360º=0º 240ºX3=720º=0º
5 0ºX5=0º 120ºX5= -120º 240ºX5= -240º
7 0ºX7=0º 120ºX7= 120º 240ºX7= 240º
9 0ºX9=0º 120ºX9=0º 240ºX9=0º

Como podemos ver los armónicos múltiplos de 3 impares, todos los fasores están a 0º, por lo que se suman, como se dijo antes, el armónico 5, esta en fase con la fundamental y el armónico 7, tiene la particularidad de girar al contrario. El patrón se repite en adelante

Bien con esto llegamos al final de esta entrega.

Ah! y respecto a la pregunta de la parte I

Los electrones viajan a una velocidad inferior a la de la luz, de hecho son bastante lentos, solo unos centímetros por segundo, existe la confusión que que los electrones viaja a la velocidad de la luz, pero realmente es el campo eléctrico el que viaja a esa velocidad, usualmente los electrones se quedan oscilando en una zona (en AC). para lograr que los electrones viajes a la velocidad de la luz se necesitaría un potente acelerador de partículas.

Hasta la próxima!

Es articulo es:

4 comentarios:

Buen blog! se entiende; con seguimiento, el toque de humor sustenta la inteligencia.
BIEN.

me gusto mucho esta explicación sobre los armónicos, gracias por resolver las dudas de nosotros los estudiantes. y por compartir conocimientos con aquellos que se encuentran a tu nivel... espero ser uno de ellos pronto jejeje

Muy buen blog amigo. Te tengo otra pregunta interesante: ¿llega la luz a la "velocidad de la luz" del bombillo a tus ojos?

una pregunta en el analisis de la tabla de armonicos el que esta en fase con la fundamental no es el armonico 7 en vez del 5? muchas gracias por excelente pagina me ha sido de gran ayuda. saludos desde argentina

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