La distorsión armónica total (THD) en generadores afecta la calidad de energía y la vida útil de equipos. Calcular el THD según IEEE 519 e IEC 61000 es esencial para cumplir normativas y evitar sanciones.
Este artículo explica cómo calcular el THD en generadores, presenta fórmulas, tablas, ejemplos reales y una calculadora inteligente. Descubre cómo optimizar tus sistemas eléctricos y cumplir con los estándares internacionales.
Calculadora con inteligencia artificial (IA) – Calculadora de distorsión armónica total (THD) en generadores – IEEE 519, IEC 61000
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- Calcular el THD de un generador con armónicos de 3%, 5%, 7% y fundamental de 400 V.
- ¿Cuál es el THD si los armónicos de corriente son 10 A (3°), 7 A (5°), 5 A (7°) y fundamental 100 A?
- Comparar el THD de dos generadores: uno con 4% de armónicos y otro con 8%.
- ¿El THD de tensión cumple con IEEE 519 si la fundamental es 230 V y los armónicos suman 12 V?
Tablas de valores comunes de distorsión armónica total (THD) en generadores según IEEE 519 e IEC 61000
| Tipo de Generador | Tensión Fundamental (V) | Corriente Fundamental (A) | THD Tensión (%) | THD Corriente (%) | Límite IEEE 519 THD Tensión (%) | Límite IEC 61000 THD Tensión (%) | Límite IEEE 519 THD Corriente (%) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Generador diésel 400 kVA | 400 | 580 | 2.5 | 7.0 | 5.0 | 8.0 | 8.0 |
| Generador síncrono 1 MVA | 480 | 1200 | 3.0 | 6.5 | 5.0 | 8.0 | 8.0 |
| Generador de emergencia 250 kVA | 230 | 360 | 4.2 | 9.5 | 5.0 | 8.0 | 8.0 |
| Generador industrial 2 MVA | 690 | 1670 | 2.0 | 5.5 | 5.0 | 8.0 | 8.0 |
| Generador hospitalario 500 kVA | 400 | 725 | 3.8 | 8.2 | 5.0 | 8.0 | 8.0 |
| Generador comercial 100 kVA | 230 | 145 | 4.5 | 10.0 | 5.0 | 8.0 | 8.0 |
| Generador de parque eólico 3 MVA | 690 | 2500 | 1.8 | 4.8 | 5.0 | 8.0 | 8.0 |
| Generador de respaldo 60 kVA | 120 | 80 | 5.0 | 12.0 | 5.0 | 8.0 | 8.0 |
La tabla anterior muestra valores típicos de THD en generadores y los límites recomendados por IEEE 519 e IEC 61000. Estos valores ayudan a comparar el desempeño de diferentes equipos y verificar el cumplimiento normativo.
Fórmulas para el cálculo de distorsión armónica total (THD) en generadores
El cálculo de la distorsión armónica total (THD) es fundamental para evaluar la calidad de la energía eléctrica suministrada por generadores. A continuación se presentan las fórmulas principales, explicando cada variable y su significado.
- THD (%): Distorsión armónica total expresada en porcentaje.
- V1: Valor eficaz (RMS) de la componente fundamental de la tensión o corriente.
- V2, V3, …, Vn: Valores eficaces de las componentes armónicas de orden 2, 3, …, n.
- THDI (%): Distorsión armónica total de corriente.
- I1: Valor eficaz de la componente fundamental de la corriente.
- I2, I3, …, In: Valores eficaces de las componentes armónicas de la corriente.
En la práctica, los armónicos más relevantes suelen ser los de orden 3, 5, 7, 9, 11 y 13, ya que los armónicos pares suelen ser despreciables en sistemas equilibrados.
- V1 o I1: Suele ser la tensión o corriente nominal del generador (por ejemplo, 230 V, 400 V, 100 A, 500 A).
- Vn o In: Los valores de los armónicos dependen de la carga no lineal conectada y la calidad del generador.
Para el cumplimiento de IEEE 519, el THD de tensión no debe superar el 5% en sistemas de baja tensión y el 8% según IEC 61000. El THD de corriente suele limitarse al 8%.
Ejemplos del mundo real: cálculo de THD en generadores según IEEE 519 e IEC 61000
Ejemplo 1: Generador industrial con cargas no lineales
Un generador industrial de 400 kVA, 400 V, alimenta cargas con variadores de frecuencia. Se miden los siguientes valores de tensión:
- V1 (fundamental): 400 V
- V3 (3er armónico): 8 V
- V5 (5to armónico): 10 V
- V7 (7mo armónico): 6 V
Calcule el THD de tensión y verifique el cumplimiento con IEEE 519.
Solución:
- THD (%) = 100 × [ √(8² + 10² + 6²) / 400 ]
- THD (%) = 100 × [ √(64 + 100 + 36) / 400 ]
- THD (%) = 100 × [ √200 / 400 ]
- THD (%) = 100 × [ 14.14 / 400 ]
- THD (%) = 100 × 0.03535 = 3.54%
El THD de tensión es 3.54%, por debajo del límite IEEE 519 (5%). El generador cumple la normativa.
Ejemplo 2: Generador hospitalario con cargas críticas
Un generador de 500 kVA, 400 V, suministra energía a un hospital. Se miden los siguientes valores de corriente:
- I1 (fundamental): 700 A
- I3 (3er armónico): 30 A
- I5 (5to armónico): 25 A
- I7 (7mo armónico): 15 A
Calcule el THD de corriente y verifique el cumplimiento con IEEE 519 e IEC 61000.
Solución:
- THDI (%) = 100 × [ √(30² + 25² + 15²) / 700 ]
- THDI (%) = 100 × [ √(900 + 625 + 225) / 700 ]
- THDI (%) = 100 × [ √1750 / 700 ]
- THDI (%) = 100 × [ 41.83 / 700 ]
- THDI (%) = 100 × 0.05976 = 5.98%
El THD de corriente es 5.98%, por debajo del límite de 8%. El generador cumple con IEEE 519 e IEC 61000.
Interpretación de resultados y recomendaciones prácticas
El análisis de THD en generadores es clave para:
- Evitar sobrecalentamiento y daños en equipos sensibles.
- Prevenir disparos intempestivos de protecciones.
- Garantizar la compatibilidad electromagnética (EMC) y la calidad de energía.
- Cumplir con normativas internacionales y evitar sanciones regulatorias.
Si el THD supera los límites, se recomienda:
- Instalar filtros de armónicos activos o pasivos.
- Optimizar la selección de cargas no lineales.
- Revisar la conexión a tierra y el diseño del sistema de distribución.
- Realizar mantenimientos preventivos y mediciones periódicas.
Normativas y enlaces de referencia
- IEEE 519-2014: Recommended Practice and Requirements for Harmonic Control in Electric Power Systems
- IEC 61000-2-4: Electromagnetic compatibility (EMC) – Part 2-4: Environment – Compatibility levels in industrial plants for low-frequency conducted disturbances
- Schneider Electric – Harmonics and THD in Power Systems
- Eaton – Harmonic Distortion in Power Systems
El monitoreo y cálculo preciso del THD en generadores es esencial para la operación segura y eficiente de instalaciones eléctricas modernas. Utilizar herramientas avanzadas, como la calculadora IA, facilita el cumplimiento normativo y la toma de decisiones técnicas.
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