Sonel PQM-702 Manual De Uso página 101

5 Calidad de alimentación - manual
de onda sinusoidal pura 50/60 Hz (sin armónicos más altos). Si el receptor es un sistema lineal,
entonces también la corriente en tal situación ideal es un curso sinusoidal puro. En los sistemas
reales, tanto las ondas de tensión como de corriente se distorsionan, por lo que deben contener,
aparte de la componente fundamental, también los armónicos más altos.
¿Por qué la presencia de armónicos más altos en la red no es deseable?
Una de las razones es el efecto, que consiste en empujar los electrones desde el centro del
conductor hacia fuera junto con el aumento de la frecuencia de corriente. Como resultado, cuanto
mayor es la frecuencia tanto menor sección transversal del conductor tienen los electrones a
disposición lo que es equivalente al aumento de la resistencia. En efecto de este fenómeno, cuanto
más alto el orden del armónico de corriente, tanto mayor resistencia efectiva del cableado para
este armónico, lo que a su vez conduce inevitablemente a mayores pérdidas de potencia y el
calentamiento de los cables.
Un ejemplo clásico de este efecto se refiere al conductor neutro en las redes trifásicas. En la
red con pocas distorsiones con un desequilibrio pequeño y un receptor simétrico (o poca asimetría),
la corriente en el conductor neutro tiende a ponerse a cero (la corriente es bastante más pequeña
que los valores de las corrientes de fase eficaces). Esta observación ha tentado a muchos
diseñadores a los ahorros mediante la instalación en tales sistemas del cableado con neutro con
una sección transversal más pequeña que los conductores de fase. Todo funcionaba muy bien
hasta que en la red aparecieron los armónicos de los ordenes impares que eran múltiplos de 3
(tercero, noveno, etc). De repente el conductor neutro empezaba a recalentarse y la medición de
la corriente mostraba su muy alto valor eficaz. La explicación de este fenómeno es bastante simple.
El diseñador no tuvo en cuenta en el ejemplo anterior dos circunstancias: en las redes con formas
de onda distorsionadas, los armónicos más altos pueden no ponerse a cero en el conductor neutral,
en cambio, pueden sumarse, y, en segundo lugar el efecto de empujar los electrones desde el
centro del conductor hacia fuera y los valores altos de las corrientes armónicas aumentaban aún
más su calentamiento.
Vamos a tratar de responder a dos preguntas básicas:
¿Por qué aparecen las componentes armónicas en la tensión?
¿Por qué aparecen las componentes armónicas en la corriente?
Al parecer, estas dos preguntas son casi idénticas, pero es muy importante tratar por separado
la tensión y la corriente.
La respuesta a la primera pregunta es: los armónicos de tensión son el resultado de impedancia
de la red de distribución distinta a cero entre el generador (que genera una sinusoide pura) y el
receptor.
Sin embargo, los armónicos de corriente son el resultado de la impedancia no lineal del
receptor. Por supuesto, hay que señalar que el receptor lineal alimentado con la tensión
distorsionada se distorsiona como la onda de corriente.
En la literatura a menudo se afirma que "el receptor genera los armónicos". Hay que tener en
cuenta que en este caso el receptor no es la fuente física de energía (como sugiere la palabra
"genera"). La única fuente de energía es el sistema de distribución. Si el receptor es un dispositivo
pasivo, la energía transferida del receptor al sistema de distribución viene del mismo sistema de
distribución. Estamos tratando con el flujo bidireccional negativo e inútil de energía. Como ya se
discutió con ocasión del factor de potencia, este fenómeno conduce a la pérdida innecesaria de
energía, y la corriente "generada" en el receptor provoca una carga adicional en el sistema de
distribución.
Vamos a analizar el siguiente ejemplo. El típico receptor no lineal, como la fuente conmutada
de uso común (p.ej. de ordenador), recibe energía del generador de tensión sinusoidal ideal. Por
ahora, vamos a suponer que la impedancia de conexiones entre el generador y el receptor es cero.
La tensión medida en los terminales del receptor tiene una onda sinusoidal (no hay armónicos más
altos), esta es simplemente la tensión del generador. Sin embargo, la onda de la corriente del
receptor incluirá las componentes armónicas, el receptor no lineal a menudo consume la corriente
sólo en ciertos momentos de toda la sinusoide (p.ej. la corriente máxima puede tener lugar cerca
del pico de la sinusoide de tensión).
101