El THD (distorsión armónica total) expresa, en porcentaje, cuánto pesan todos los armónicos de una señal frente a su componente fundamental. Se habla de THDv para la tensión y de THDi para la corriente. Como el THDi se dispara con poca carga aunque los armónicos en amperios sean pequeños, IEEE 519 evalúa la corriente con el TDD, que compara los armónicos con la corriente de demanda máxima. Los límites se aplican en el punto de conexión con la red, no en cada equipo.
Qué mide el THD
Una tensión o una corriente distorsionada se puede descomponer en una componente fundamental (la de 60 o 50 Hz) y una serie de armónicos, componentes a frecuencias múltiplo de la fundamental: 3.ª, 5.ª, 7.ª y así sucesivamente.
La distorsión armónica total (THD) resume todos esos armónicos en un solo número: es la raíz cuadrada de la suma de los cuadrados de los armónicos, dividida por la fundamental, en porcentaje. Una onda perfectamente sinusoidal tiene THD = 0 %.
- THDv: distorsión de la tensión. Es la que «ven» todos los equipos conectados a una barra.
- THDi: distorsión de la corriente que toma una carga o una planta.
La relación entre ambas es la clave: las cargas no lineales (variadores, rectificadores, UPS, fuentes conmutadas) toman corrientes distorsionadas; esas corrientes armónicas, al circular por la impedancia del transformador y de la red, producen caídas de tensión armónicas que distorsionan la tensión. Una red débil (poca potencia de cortocircuito) convierte la misma corriente armónica en más THDv. Lo explicamos en armónicos de variadores de frecuencia.
El problema del THDi y la solución del TDD
El THDi tiene una trampa: se calcula frente a la corriente fundamental del momento. Con poca carga, la fundamental es pequeña y el THDi puede aparecer altísimo aunque los armónicos, en amperios, sean insignificantes. Un variador trabajando al 20 % de su carga puede mostrar un THDi alarmante sin causar ningún problema.
Por eso IEEE 519 evalúa la corriente con el TDD (distorsión total de demanda): la misma suma de armónicos, dividida por la corriente de demanda máxima de la carga en el punto de conexión (IL). Así el porcentaje refleja el efecto real sobre la red.
| Indicador | Se divide por | Para qué sirve |
|---|---|---|
| THDv | Tensión fundamental | Calidad de la tensión en la barra; límites de IEEE 519 y del operador |
| THDi | Corriente fundamental del momento | Caracterizar una carga; engaña con poca carga |
| TDD | Corriente de demanda máxima (IL) | Límites de corriente de IEEE 519 en el punto de conexión |
Los límites de IEEE 519-2022
IEEE 519-2022 fija límites en el punto de acoplamiento común (PCC), la interfaz entre la red del operador y la instalación del usuario, en régimen permanente. No son límites para cada equipo.
Tensión, según el nivel de tensión en el PCC:
| Tensión en el PCC | Armónico individual | THDv |
|---|---|---|
| Hasta 1 kV | 5 % | 8 % |
| Más de 1 kV hasta 69 kV | 3 % | 5 % |
| Más de 69 kV hasta 161 kV | 1,5 % | 2,5 % |
| Más de 161 kV | 1 % | 1,5 % |
Corriente: el límite de TDD depende de la relación entre la corriente de cortocircuito en el PCC y la corriente de demanda máxima (Isc/IL). Una planta grande en una red débil (Isc/IL baja) tiene límites más estrictos que una planta pequeña en una red fuerte; para sistemas de hasta 69 kV, el TDD admitido va del 5 % en la relación más baja hasta el 20 % en la más alta. Los escalones de corriente se explican en estudio de armónicos según IEEE 519.
En Colombia, la regulación de calidad de la potencia (CREG 024 de 2005, modificada por la CREG 016 de 2007) usa el THD de tensión medido según IEEE 519 como indicador en los sistemas de distribución. Cada operador de red puede pedir, en la conexión de cargas especiales, un estudio que demuestre el cumplimiento.
Cómo se mide
- Con un analizador de calidad de potencia, no con una pinza de verdadero valor eficaz: la pinza da la corriente eficaz total, no los armónicos por orden. Vea analizador de calidad de potencia.
- El método de medición de armónicos lo define IEC 61000-4-7; IEC 61000-4-30 clase A fija cómo agregar y reportar los valores para que sean comparables.
- Se mide durante días, cubriendo todos los turnos, porque el THD cambia con la carga, y se reportan valores estadísticos (por ejemplo, percentiles) en lugar de un valor instantáneo.
- Se mide en el PCC para comparar con IEEE 519, y en las barras internas para entender de dónde viene el problema.
Qué significa un THD alto
Un THDv alto afecta a todos los equipos de la barra: calentamiento de motores y transformadores, condensadores que fallan, errores en equipos electrónicos, cruces por cero desplazados. Un THDi alto en una carga dice que esa carga es la fuente, pero no necesariamente que haya un problema: hay que mirar el TDD en el PCC y el THDv resultante.
Si los números no cumplen, las opciones son reactancias de línea, variadores con rectificador activo o de más pulsos, filtros pasivos o activos, y cuidado con los bancos de condensadores, que pueden amplificar la distorsión. Vea filtro de armónicos activo o pasivo y resonancia en bancos de condensadores.
THD y factor de potencia
Los armónicos también bajan el factor de potencia. El factor de potencia que «ve» la red tiene dos partes: la de desplazamiento, por el desfase entre la tensión y la corriente fundamentales, que se corrige con condensadores, y la de distorsión, que depende del THD de la corriente. Un variador de seis pulsos puede tener un factor de desplazamiento cercano a uno y, aun así, un factor de potencia total bajo por sus armónicos. Agregar condensadores en ese caso no resuelve el problema y puede crear una resonancia. IEEE 1459 define estas magnitudes para condiciones no sinusoidales; lo explicamos en factor de potencia en la industria.
Cómo le ayudamos
Nuestro equipo hace el estudio de armónicos de su planta: definimos el PCC y la corriente de demanda, analizamos las mediciones, calculamos THDv y TDD frente a IEEE 519 y a lo que exige su operador, y diseñamos la solución cuando no cumple. El estudio lo hacemos de forma remota con sus mediciones; en Colombia también medimos en sitio. Conozca nuestro servicio de calidad de potencia y escríbanos.
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Referencias
- IEEE 519-2022, Standard for Harmonic Control in Electric Power Systems.
- IEC 61000-4-7, General guide on harmonics and interharmonics measurements and instrumentation.
- IEC 61000-4-30, Power quality measurement methods.
- CREG, Resolución 016 de 2007, calidad de la potencia eléctrica.
Preguntas frecuentes
¿Qué diferencia hay entre THDv y THDi?
El THDv mide la distorsión de la tensión y es lo que afecta a todos los equipos conectados a la misma barra. El THDi mide la distorsión de la corriente que toma una carga o una planta, y es la causa: las corrientes armónicas, al pasar por la impedancia de la red, distorsionan la tensión.
¿Qué es el TDD y por qué IEEE 519 lo usa en lugar del THDi?
El TDD (distorsión total de demanda) divide los armónicos de corriente por la corriente de demanda máxima de la carga, no por la corriente del momento. Así una planta con poca carga no aparece con un porcentaje enorme por armónicos que en amperios son pequeños. IEEE 519 fija sus límites de corriente en TDD.
¿Cuál es el límite de THD de tensión según IEEE 519?
IEEE 519-2022 fija, en el punto de conexión, un THD de tensión de 8 % para sistemas de hasta 1 kV, 5 % entre 1 kV y 69 kV, 2,5 % entre 69 kV y 161 kV y 1,5 % por encima, con límites menores para cada armónico individual. El operador de red puede exigir sus propios valores.