Se dice que existe distorsión armónica cuando la onda sinusoidal, prácticamente pura, que generan las centrales eléctricas sufre deformaciones en las redes de alimentación a los usuarios.
Para cuantificar el grado de deformación de una onda de tensión o de intensidad que no es sinusoidal pura –aunque sí periódica, con 50 Hz de frecuencia se recurre a su análisis frecuencial.
Este se lleva a cabo normalmente mediante la transformada rápida de Fourier, un algoritmo de cálculo que nos proporciona los contenidos de las diferentes ondas sinusoidales puras que componen la onda deformada.
Estos contenidos se refieren a:
- La componente fundamental de la onda (50 Hz de frecuencia).
- Las componentes de frecuencias armónicas (múltiplos de 50Hz), que reciben la denominación de armónicos de tensión o de intensidad. Su presencia debe limitarse.
Asimismo, aparecen en las redes otras componentes de la onda de tensión que se denominan interarmónicos, cuyas frecuencias no son múltiplos enteros de la fundamental.
Estos interarmónicos se presentan tanto a unas ciertas frecuencias como en forma de espectro de banda ancha. Son de poca importancia, por lo que generalmente no se les tiene en cuenta.
A los armónicos se les designa normalmente por su orden, un número que resulta de la relación existente entre su propia frecuencia y la de la componente fundamental.
En la adjunta se representa una onda de tensión de 50 Hz deformada que contiene únicamente:
- Componente fundamental
- Armónico de orden 5
Los contenidos o tasas de los diferentes armónicos de tensión que constituyen una onda deformada se expresan en forma de porcentaje respecto de la componente fundamental, de acuerdo con la siguiente relación:
En esta expresión, Un es la amplitud del armónico de tensión de orden n y U1, la amplitud de la componente fundamental de la onda de tensión.
Valores de referencia:
En relación con los armónicos, se han definido tasas que no deben ser sobrepasadas, en el tiempo, en un determinado porcentaje:
- Tanto la normativa internacional como la española establecen unas tasas para cada armónico cuya probabilidad de no ser sobrepasadas ha de ser, como mínimo, del 95%.
- También se ha establecido una tasa de distorsión total que tiene en cuenta simultáneamente todos los armónicos de tensión existentes. La probabilidad de que no sea sobrepasada en el tiempo ha de ser también, como mínimo, del 95%.
Esta tasa de distorsión total se expresa en forma de porcentaje respecto de la componente fundamental a partir de la siguiente fórmula, en la cual se tiene en cuenta hasta el armónico de orden 25 (40 en la comisión electrotécnica internacional):
El conjunto de las tasas mencionadas constituye el nivel de compatibilidad electromagnética (nivel de CEM) para distorsión armónica. Existen niveles de CEM para las redes de alta, media y baja tensión.
Estos niveles de CEM son valores de referencia, definidos para conseguir una coordinación entre equipos perturbadores y equipos susceptibles, que se supone cubre el 95% de los casos posibles, tanto desde el punto de vista del tiempo, como del espacio.
A fin de asegurar que los niveles de CEM fijados para las redes no sean superados por los suministros a usuarios que poseen equipos perturbadores, las empresas eléctricas establecen límites para las tasas de cada armónico que puede generarse y para la tasa de distorsión total.
El conjunto de estas tasas constituye el límite de emisión para la distorsión armónica, cuyos valores están normalmente por debajo del nivel de CEM del que se trata.
La propagación de los armónicos en un sistema eléctrico se produce desde el nivel de tensión en el que han sido generados, a todos los demás, tanto superiores como inferiores.
Por ello, antes de aceptar la conexión a la red de nuevos suministros a usuarios que poseen equipos perturbadores, las empresas eléctricas hacen una evaluación para comprobar que la emisión a la red de la nueva perturbación respeta los límites permitidos.
De esta forma, se asegura con un alto grado de probabilidad –no inferior al 95%– que los niveles de CEM fijados no serán superados y que, por tanto, los aparatos y demás elementos del sistema funcionarán de manera satisfactoria en su entorno electromagnético, soportando sin alteraciones en su funcionamiento la perturbación existente.
Niveles de referencia:
Los niveles de referencia fijados para distorsión armónica -es decir, los valores a los que pueden estar sometidos aparatos, dispositivos y demás elementos de un sistema eléctrico sin sufrir alteraciones en su funcionamiento- son los niveles de CEM para alta, media y baja tensión que se señalan en la tabla siguiente.
A partir de estos niveles de CEM, se establecen los límites de emisión para las tasas porcentuales de cada uno de los armónicos que puede aparecer en las instalaciones de los usuarios. A título orientativo, se consideran límites aceptables:
- En alta tensión, los que no superen el 90% del correspondiente nivel de CEM.
- En media tensión, están situados entre el 60% y el 80% para los armónicos característicos, es decir, los de orden 5, 7, 11, 13, …, etc.
- En baja tensión, la limitación de los armónicos se establece de forma individual en los propios receptores, que deben estar fabricados de acuerdo con la norma CEI 1000 3 2 (EN 61000 3 2).
Niveles de CEM para las tasas de los armónicos de tensión
| Armónico | Orden del armónico(n) | AT (100 kV ≥ U> 30kV) | MT (30 kV ≥U≥1 kV) y BT |
| Impares no múltiplos de 3 | 5 | 2 | 6 |
| 7 | 2 | 5 | |
| 11 | 1,5 | 3,5 | |
| 13 | 1,5 | 3 | |
| 17 | 1 | 2 | |
| 19 | 1 | 1,5 | |
| 23 | 0,7 | 1,5 | |
| 25 | 0,7 | 1,5 | |
| >25 | 0,2+0,5x25/n | 0,2+1,3x25/n | |
| Impares múltiplos de 3 | 3 | 2 | 5 |
| 9 | 1 | 1,5 | |
| 15 | 0,3 | 0,3 | |
| 21 | 0,2 | 0,3 | |
| >21 | 0,2 | 0,2 | |
| Pares | 2 | 1,5 | 2 |
| 4 | 1 | 1 | |
| 6 | 0,5 | 0,5 | |
| 8 | 0,2 | 0,5 | |
| 10 | 0,2 | 0,5 | |
| 12 | 0,2 | 0,2 | |
| >12 | 0,2 | 0,2 | |
|
Tasa distorsión total(%) |
8 | 3 |
