¿Qué es la distorsión armónica y cómo corregirla?

Existe un concepto técnico del que en general se desconoce su impacto real y que puede dañar seriamente los equipos sensibles y la maquinaria en las industrias.

Se trata de las distorsión armónica, un fenómeno presente en redes eléctricas que afecta la calidad de la potencia y que es preciso diagnosticar con la ayuda de expertos en esta materia. 

¿Qué es una distorsión armónica y cómo se calcula?

La menor cantidad de veces que oscila una onda en un segundo en un sistema, se denomina frecuencia fundamental. A través de la red eléctrica se generan ondas sinusoidales que son uniformes y perfectas.  

Cuando el voltaje o la corriente de un sistema eléctrico tienen deformaciones con respecto a la forma de onda sinusoidal se dice que la señal está distorsionada. Aquí, entonces, se habla de un fenómeno llamado armónicos. 

Tal como explica la empresa japonesa Hioki los armónicos son múltiplos de la frecuencia fundamental. Se indica como ejemplo que si la frecuencia fundamental es de 50 Hz, la frecuencia de segundo orden será de 100 Hz; la de tercer orden, 150 Hz y la de cuarto orden, 200 Hz. En México, la frecuencia utilizada es 60 Hz con sus respectivos múltiplos. 

Si la frecuencia fundamental es de 60 Hz, las frecuencias de las armónicas serán:

• Segunda armónica: 2 * 60 Hz = 120 Hz
• Tercera armónica: 3 * 60 Hz = 180 Hz
• Cuarta armónica: 4 * 60 Hz = 240 Hz

Y así sucesivamente. 

Todo ello sirve para calcular el TDH (Distorsión Armónica Total), que se expresa en una fórmula matemática y permite comprender los armónicos presentes en una medición de la corriente de un sistema.

¿Cuáles son las causas de los armónicos? 

Los armónicos pueden tener causas transitorias como fallas, cargas no lineales, sobretensiones atmosféricas, equipos en mal estado, entre otras. Por razones de seguridad es mejor tener la menor cantidad posible de armónicos. 

De acuerdo con estándares como el IEEE 519,  

El TDH del 8% se establece como límite para sistemas eléctricos industriales o comerciales. Es decir, es el nivel de distorsión permitido en el que además de que no se afecta el funcionamiento de equipos sensibles, no compromete la estabilidad general de ese sistema.

El nivel del THD del 6% aplica para equipos electrónicos sensibles o puntos de conexión específicos en los que se requiere una calidad superior. 

La anterior se complementa en el caso de México con la Especificación CFE L0000-45, denominada Perturbaciones permisibles en las formas de onda de tensión y corriente del suministro de energía eléctrica, que incluye los límites máximos permitidos en corriente para baja, media y alta tensión hasta 69 kV (ver tabla 3 página 4 y 5). 

La norma también define las responsabilidades de los usuarios y del proveedor de energía (CFE) para el control de las distorsiones armónicas. Entre ellas están:

• Para los usuarios, escoger los equipos con bajo contenido armónico en su corriente de entrada; incluir filtros para mitigar armónicos y dar mantenimiento preventivo a toda su instalación, así como  hacer mediciones de calidad de energía.
• Para el proveedor de energía (CFE), es importante definir límites máximos permisibles de distorsión, establecer normas técnicas para la conexión de equipos a la red. Además, hacer mantenimiento y mantener la buena comunicación con los usuarios. 

¿Qué efectos produce si esta condición se presenta? 

De esta manera, si se presenta un alto nivel de corrientes armónicas, no solo se deforman las tensiones sino que se degrada la potencia distribuida y allí empiezan a ocurrir eventos importantes.

• Sobrecalentamiento de conductores, motores y transformadores. 
• Daño de equipos electrónicos sensibles e iluminación. 
• Disparo repentino o inoportuno de los interruptores y protecciones.
• Interferencias en los equipos de comunicación.
• En el audio, específicamente, producen sonidos ásperos y desagradables. 

¿Cómo corregir la distorsión armónica de corriente?

Los especialistas en este tema recomiendan que si las señales se afectan por esta condición, lo adecuado es la instalación de filtros con el objetivo de reducir la distorsión; o dicho de otra manera, la señal “contaminada”.

Entre los beneficios al reducir la cantidad de armónicos presentes se encuentran:

• Elevar el factor de potencia.
• Reducir el consumo de energía de las redes del proveedor.
• Prolongar la vida útil de los equipos electrónicos. 
• Reducir el sobrecalentamiento del cableado y evitar pérdidas de transformadores.
• Aumentar la eficiencia y vida útil de los motores. 

En general, corregir las distorsiones armónicas evita interrupciones en la producción, protege la inversión en la infraestructura y equipos electrónicos y mejora la calidad de la energía.