¿Cómo Influye El Efecto Armónico En Las Instalaciones Eléctricas Del Hogar?

I. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

1.- Descripción del problema.

El fenómeno de los armónicos es un problema creciente, tanto para los suministradores de electricidad como para los usuarios.

Este fenómeno relativamente nuevo, debido al cada vez mayor uso de equipos electrónicos en todos los ambientes, concierne a todas las redes eléctricas de los sectores, terciario, industrial y doméstico. Ningún entorno moderno puede escapar a esta distorsión debida a equipos tales como: microordenadores, servidores, tubos fluorescentes, climatizadores, variadores de velocidad, lámparas de descarga, rectificadores, sistemas de alimentación ininterrumpida, hornos microondas, televisores, iluminación halógena, eliminadores de corriente (cargadores), etc. Todas estas cargas se denominan no lineales o deformantes. Por tal motivo, interesa saber cómo repercute el efecto denominado armónico en las instalaciones eléctricas del hogar

2.- Delimitaciones de teoría, tiempo, espacio y alcances.

La delimitación teórica la enfocaremos al efecto armónico y sus efectos.

La delimitación temporal será a 2 semanas para realizar la investigación, en cambio en cuanto al proyecto tendrá una duración estimada de 7 meses; el espacio será cualquier casa habitación; y los alcances que logrará dependerán de la aplicación del proyecto.

4.- Justificación de la investigación.

Esta investigación tiene como principal objetivo crear un protocolo el cual sirva para mejorar el factor de potencia de la casa habitación así como disminuir riesgos en los aparatos eléctricos.

Esta investigación dará un mayor conocimiento y dejará sobre la mesa toda la teoría y algunos problemas que ocasionan las armónicas, las cuales reiteran un problema para la instalación eléctrica.

5.- Viabilidad.

La presente es viable ya que no representa mucha interferencia en el ámbito práctico, como se mencionó con anterioridad, se trata de un protocolo para usarse en el momento requerido, y con los fondos suficientes.

6.- Objetivos de la investigación.

-Identificar los tipos de armónicas que aquejan el hogar.

-Buscar alguna alternativa de solución para contrarrestar las armónicas.

-Identificar filtros de armónicas y su funcionamiento.

-Dar a conocer los efectos de una armónica

7.- Establecimientos de preguntas de investigación.

-¿Qué es una armónica?

-¿Qué efecto tiene una armónica en un sistema eléctrico?

-¿Qué tipos de armónicas existen?

-¿Cómo se puede eliminar la presencia de armónicos si es que son perjudiciales o aumentar su número si son beneficiosas?

II. HIPÓTESIS Y VARIABLES.

Hipótesis de forma interrogativa: ¿Los filtros de armónicas son más eficientes que continuar con el problema de su existencia?

Variable dependiente: El costo que involucra la presencia de armónicas.

Variable independiente: La presencia de armónicos en el hogar.

III. MARCO TEÓRICO

Una función periódica no senoidal puede ser descompuesta en la suma de una función senoidal de la frecuencia fundamental y de otras funciones senoidales, cuyas frecuencias son múltiplos enteros de la frecuencia fundamental. Estas funciones adicionales son conocidas como componentes armónicas o simplemente como Armónicos.

En sistemas eléctricos la palabra Armónicos se utiliza para designar corrientes o tensiones de frecuencias múltiplos de la frecuencia fundamental de la alimentación.

Si la frecuencia de la señal eléctrica es inferior a la fundamental, recibe el nombre de subarmónico, ésta podría ocasionar parpadeos luminosos, perceptibles visualmente, denominados Flicker

Las armónicas son distorsiones de alguna onda senoidal de tensión y/o corriente de los sistemas eléctricos, debido al uso de cargas con impedancia no lineal a materiales ferromagnéticos, y en general al uso de equipos que necesiten realizar conmutaciones en su operación normal. La aparición de corrientes y/o tensiones armónicas en el sistema eléctrico crea problemas tales como, el aumento de pérdidas de potencia activa, sobretensiones en los condensadores, errores de medición, mal funcionamiento de protecciones, daño en los aislamientos, deterioro de dieléctricos, disminución de la vida útil de los equipos, entre otros.

La distorsión debida a la presencia de armónicos es un problema constante y no debe confundirse con fenómenos de corta duración como picos, reducciones o fluctuaciones.

Tipos de Armónicos

Existen dos categorías generadoras de armónicos. La primera es simplemente las cargas no lineales en las que la corriente que fluye por ellas no es proporcional a la tensión. Como resultado de esto, cuando se aplica una onda sinusoidal de una sola frecuencia, la corriente resultante no es de una sola frecuencia. Transformadores, reguladores y otros equipos conectados al sistema pueden presentar un comportamiento de carga no lineal y ciertos tipos de bancos de transformadores multifase conectados en estrella-estrella con cargas desbalanceadas o con problemas en su puesta a tierra. Diodos, elementos semiconductores y transformadores que se saturan son ejemplos de equipos generadores de armónicos, estos elementos se encuentran en muchos aparatos eléctricos modernos. Invariablemente esta categoría de elementos generadores de armónicos, lo harán siempre que estén energizados con una tensión alterna. Estas son las fuentes originales de armónicos que se generan sobre el sistema de potencia.

El segundo tipo de elementos que pueden generar armónicos son aquellos que tienen una impedancia dependiente de la frecuencia. Para entender esto más fácilmente mencionaremos algunos conceptos previos.

Las frecuencias de los armónicos que más problemas generan en el flujo de potencia, son aquellas que son múltiplos enteros de la fundamental como son: 120, 180, 240, 300 y 360 ciclos/segundos y las que siguen. Obsérvese que la frecuencia del sistema es la primera armónica.

En contraste las frecuencias no armónicas, por ejemplo 217 ciclos/segundo, generalmente son generadas e inyectadas al sistema de transmisión y distribución con algún objetivo especial. Estos casos son producidos deliberadamente o en algunos casos inadvertidamente.

Es más difícil detectar una armónica que no es múltiplo de la frecuencia fundamental, porque no altera la longitud de onda de la misma manera, esto significa que no se ve un cambio estable en el osciloscopio cuando se estudia la onda, sin embargo, una vez que se detecta es mucho más fácil identificar su origen.

Las fuentes de armónicas las podemos clasificar en:

* Fuentes tradicionales

* Nuevas fuentes de armónicas

* Futuras fuentes armónicas

Fuentes Tradicionales

Antes del desarrollo de los convertidores estáticos, la distribución armónica se asociaba con el diseño y la operación de máquinas eléctricas y transformadores. De hecho la principal fuente de armónicas en esos días. De hecho la principal fuente de armónicas en esos días era la corriente de magnetización de los transformadores de potencia.

Los transformadores y máquinas rotatorias modernas bajo operación en estado estable no ocasionan por sí mismas distorsión significativa en la red. Sin embargo, durante disturbios transitorios y cuando operan en rangos fuera de su estado normal, entonces pueden incrementar su contenido en forma considerable. Otras dos cargas lineales que conviene considerar debido a su contribución armónica son los hornos de arco y la luz fluorescente.

* Transformadores

En un núcleo ideal sin pérdidas por histéresis, el flujo magnético y la corriente de magnetización necesaria para producirlo están relacionados entre sí mediante la curva de magnetización del acero utilizado en las laminaciones. Aún en estas condiciones, si graficamos la corriente de magnetización vs. el tiempo para cada valor de flujo, la forma de onda dista mucho de ser senoidal.

Cuando se incluye el efecto de histéresis, esta corriente magnetizante no senoidal no es simétrica con respecto a su valor máximo. La distorsión que se observa se debe a las armónicas triples (3a., 9a., 12a., etc.), pero principalmente a la 3a. Por lo que para mantener una alimentación de voltaje necesario proporcionar una trayectoria para estas armónicas triples, lo que generalmente se logra con el uso de devanados conectados en delta.

Las armónicas debidas a la corriente de magnetización se elevan a sus niveles máximos en las horas de la madrugada, cuando el sistema tiene muy poca carga y el nivel de tensión es alto.

Al des energizar un transformador, es posible que tenga flujo magnético residual en el núcleo. Cuando se re-energiza la unidad, la densidad de flujo puede alcanzar niveles de pico de hasta tres veces el flujo de operación normal.

Esto puede llevar al núcleo del transformador a niveles extremos de saturación y producir amperes-vuelta excesivos en el núcleo.

Este efecto da lugar a corrientes de magnetización de 5 a 10 p.u. de la corriente nominal (comparada con la corriente de magnetización nominal de apenas el 1% ó 2% de la corriente nominal).

El decremento de esta corriente con el tiempo es función principalmente

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