Ecuación e impacto de los armónicos

‍

¿Cómo llevar la fórmula a nuestra cotidianidad?

‍

La idea detrás de esta fórmula, es que la función f (t) puede aproximarse mediante la suma de infinitos términos sinusoidales, cada uno con su propia frecuencia y magnitud. Los coeficientes an y bn determinan la amplitud de cada armónico en la descomposición de Fourier.

‍

Las series de armónicos de Fourier son una herramienta en el análisis de señales y sistemas, y se aplican en una amplia variedad de campos, desde matemáticas y física con dirección a la ingeniería eléctrica y procesamiento de señales.

‍

Estabilidad de la tensión: Los equipos de un data center, como servidores, sistemas de almacenamiento y equipos de red, requieren una alimentación eléctrica estable y constante para funcionar correctamente. Una estructura eléctrica robusta puede mantener una tensión estable y evitar variaciones bruscas, protegiendo así el hardware y prolongando su vida útil.

‍

¿Qué amenazas se generan por la distorsión armónica en electricidad?

‍

La distorsión armónica en electricidad, se caracteriza por la presencia de componentes de frecuencia no deseada en una señal eléctrica. Estos componentes adicionales, conocidos como armónicos, son múltiplos de la frecuencia fundamental de la señal. La distorsión armónica puede ser problemática porque puede afectar el funcionamiento adecuado de los equipos eléctricos y electrónicos, así como causar problemas en la red eléctrica.

‍

Algunas características importantes de la distorsión armónica son:

‍

1. Armónicos: Los armónicos son múltiplos enteros de la frecuencia fundamental de una señal eléctrica. Por ejemplo, en una señal de 60 Hz, los armónicos incluirían componentes de 120 Hz (segundo armónico), 180 Hz (tercer armónico), 240 Hz (cuarto armónico), y así sucesivamente.
2. Causas: La distorsión armónica puede ser causada por diversos dispositivos y equipos eléctricos que no operan linealmente. Estos dispositivos no lineales, generan corrientes y voltajes armónicos que se introducen en la red eléctrica.
3. Efectos: La distorsión armónica puede tener varios efectos negativos. Puede causar calentamiento excesivo en cables y equipos, reducir la eficiencia energética, afectar la calidad de la energía suministrada, generar interferencias electromagnéticas en equipos electrónicos sensibles y, en casos extremos, provocar fallas en la red eléctrica.

‍

4. Normativas y límites: Muchos estándares y regulaciones definen límites para la distorsión armónica en las redes eléctricas. Estos límites aseguran que los niveles de distorsión sean aceptables y no causen problemas significativos en los sistemas eléctricos.
5. Mitigación: Para mitigar la distorsión armónica, se pueden utilizar filtros de armónicos, fortalecer los transformadores, implementar transformadores de tipo K.

Análisis: La distorsión armónica se analiza utilizando instrumentos de medición como analizadores de espectro, que descomponen la señal eléctrica de sus componentes armónicos y permiten evaluar su magnitud y efectos.

La distorsión armónica eléctrica se refiere a la presencia no deseada de armónicos en una señal eléctrica. Los armónicos, son componentes de frecuencia que son múltiplos enteros de la frecuencia fundamental de la señal. En otras palabras, son frecuencias adicionales que se superponen a la señal original y que pueden alterar su forma de onda y sus características.

‍

‍

Impactos del cambio en la onda sinusoidal

‍

En un sistema eléctrico ideal, la corriente y el voltaje deberían seguir una forma de onda sinusoidal pura, lo que significa que solo tendrían una única frecuencia fundamental. Sin embargo, en la realidad, los equipos eléctricos y electrónicos no lineales, como transformadores saturados, pueden generar armónicos debido a su naturaleza no lineal. Estos armónicos adicionales pueden introducirse en la red eléctrica y afectar la calidad de la energía.

‍

Los efectos de la distorsión armónica pueden incluir:

1. Calentamiento excesivo: Los armónicos pueden aumentar la corriente en los conductores y equipos eléctricos, lo que provoca un calentamiento excesivo y reduce la vida útil de los equipos.
2. Pérdida de eficiencia: La distorsión armónica puede hacer que los equipos eléctricos sean menos eficientes en la conversión y distribución de energía.
3. Interferencias electromagnéticas: Los armónicos pueden causar interferencias en equipos electrónicos sensibles, como equipos de telecomunicaciones y sistemas de control.
4. Resonancias: Los armónicos pueden causar resonancias en sistemas eléctricos, lo que puede llevar a voltajes y corrientes inusuales y dañinas en la red.

‍

5. Sobretensiones y caídas de voltaje: Los armónicos pueden aumentar las sobretensiones y las caídas de voltaje en la red eléctrica, lo que afecta la calidad de la energía suministrada.
6. ‍Problemas de compatibilidad electromagnética (EMC): Los armónicos pueden afectar la EMC, lo que puede ser especialmente crítico en entornos sensibles como instalaciones médicas o de investigación.

‍

‍

¿Soluciones PQS frente a la propagación de armónicos?

• Suprimir o aislar las fuentes de armónicos.

• Asegurar que la instalación cumpla con el nivel máximo permitido de acuerdo a las normas del IEEE Std 519- 1992.

• Uso de sistemas de conversión AC-CC con tecnología de IGBT´s.

• El uso de Control variable de motores sin Armónicos.

• El uso de transformadores tipo K.

• Reactores en línea.

• Instalación de filtros pasivos para carga constante.

• Instalación de filtros activos para carga variable.

• En transformadores secos, el factor K indica su capacidad para manejar corrientes de carga no sinusoidal.

‍

Transformadores tipo K

‍

- Este factor K, relaciona la capacidad del transformador para servir diferentes grados de cargas no lineales, sin exceder los límites de temperatura especificados.

- Este factor K, se basa en predecir las pérdidas.

- Estándares son 4, 9, 13, 20, 30, 40 y 50