Resonancia eléctrica, batería de condensadores y armónicos

La resonancia eléctrica es uno de los primeros efectos que percibimos cuando hay armónicos eléctricos en nuestra instalación. Pero, ¿Qué es una resonancia eléctrica?¿Por qué acaba afectando a la batería de condensadores? Estas y otras dudas las intentaré explicar en este articulo.

¿Qué es una resonancia eléctrica?

La resonancia es un fenómeno que se produce cuando coincide la frecuencia de un sistema, ya sea mecánico o eléctrico, con una fuente externa a la misma frecuencia.

En un sistema eléctrico sucede cuando tenemos una impedancia inductiva en paralelo con una impedancia capacitiva y ambas impedancias se igualan, dando en su lugar un aumento de la impedancia total del sistema.

Impedancia inductiva y capacitiva

Vamos con un poco de teoría de circuitos eléctricos básico. Tranquilos, solo es para refrescar algunos conceptos que nos permitan entender más fácilmente el fenómeno de resonancia eléctrica.

La impedancia de una inductancia (XL) es directamente proporcional a la frecuencia. Representada gráficamente la impedancia versus a la frecuencia vemos que es una recta. En cambio la impedancia capacitiva (XC) es inversamente proporcional a la frecuencia, eso significa que va disminuyendo al aumentar la frecuencia.

impedancia inductiva y capacitiva

Resonancia eléctrica

Para entender el concepto vamos a verlo con un ejemplo simplificado. Supongamos que tenemos un esquema como el que aparece en la figura, donde tenemos la alimentación de un transformador, una serie de cargas lineales, cargas no lineales y una batería de condensadores.

circuito equivalente resonancia electrica

Su circuito equivalente sera aproximadamente el que se muestra al lado del esquema, donde tendremos representado el transformador como una impedancia inductiva (Xt), la batería de condensadores como una impedancia capacitiva (Xsc), otras componentes activas y reactivas de las cargas lineales y no lineales, y la fuente de distorsión de corriente armónica por parte de las cargas no lineales.

Esta impedancia inductiva y capacitiva en paralelo se puede calcular con la expresión:

impedancia resonancia

El valor de impedancia se hace máximo cuando se iguala la impedancia inductiva del transformador con la impedancia capacitiva de la batería de condensadores (Xt = Xsc). Esto se producirá a una frecuencia determinada, que llamaremos frecuencia de resonancia (fr).

impedancia resonancia 2

frecuencia de resonancia

Gráficamente lo podemos representar como un pico de impedancia a la frecuencia de resonancia.

resonancia electrica 2

La forma más habitual para calcular aproximadamente la frecuencia de resonancia es utilizando la ecuación definida en la norma IEC 60831-1 y la IEC 60871-1

donde f es la frecuencia fundamental (50 o 60 Hz), Scc es la potencia de cortocircuito en kVA y Q es la potencia reactiva de la batería de condensadores tambien en kvar.

Por ejemplo, si tenemos un transformador de 1000 kVA, una tensión de cortocircuito o ucc del 5% y una batería de condensadores de 400 kvar, la frecuencia de resonancia será:

A esa frecuencia, muy próxima al armónico de orden 7º (350 Hz), se producirá el fenómeno de resonancia.

Destacar también que la frecuencia de resonancia de un sistema, no es fija sino que se puede ir desplazando en función.

Por ejemplo, si aumentamos o disminuimos la potencia de la batería de condensadores, o si esa misma batería es conectada sobre un sistema que presente una potencia de cortocircuito inferior, como puede ser el caso de trabajar sobre un grupo electrógeno en isla.

Efectos de la resonancia eléctrica

Los principales efectos derivados de la resonancia eléctrica son dos:

  • Amplificación de la distorsión en tensión: Al verse aumentada la impedancia del sistema a una frecuencia de resonancia, la presencia de corriente armónica próxima a dicha frecuencia producirá una mayor caída de tensión armónica, y por tanto se verá incrementado el valor de THDU% para toda la instalación.

  • Degradación de la batería de condensadores: Precisamente al aumentar la distorsión en tensión y la impedancia a la frecuencia de resonancia, hará que la batería de condensadores absorba más corriente armónica, produciendo un mayor calentamiento de los condensadores, acabando dañandolos con relativa celeridad en función de la severidad de la resonancia.

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10 comentarios en “Resonancia eléctrica, batería de condensadores y armónicos”

  1. Omar Montoya

    Buen aporte, solo tengo una observación, en la redacción colocaste que la potencia del transformador debe estar en kvar (kilovolt-ampere reactivo) y es en kVA solamente (kilovolt-ampere), lo mismo que Scc, es potencia aparente de cortocircuito en kilovolt-ampere, la cual es el producto de la corriente de cortocircuito en el lado de baja de transformador por el voltaje de la red.

    1. Estoy parcialmente de acuerdo con el comentario de Joel ya que al menos, el pico de impedancia en la frecuencia de resonancia debe ser hacia abajo. Esto es fácil verlo matemáticamente, ya que cuando las reactancias inductivas y capacitivas se anulan en la condición de resonancia, la impedancia total baja y no sube como muestra Francesc en la figura (la impedancia en esa condición sólo está dada por la resistencia o pérdidas asociadas al circuito)

      1. Perdón! me retracto! el análisis de Francesc es para resonancia paralelo, donde efectivamente la impedancia sube en la frecuencia de resonancia (mil disculpas! trabajo en alta tensión y aprovecho el fenomeno de resonancia serie para elevar tensión).

  2. Andres Angulo Rodriguez

    En un circuito en serie se encuentra en resonancia, cuando las tensiones en la bobina y en el condensador son las mismas. Cual es el valor que tendran la corriente como la impedancia resultante
    -la corriente cero
    -la impedancia infinito
    -la corriente infinito
    -el valor de la impedencia sera mayor que la tension
    -la impedancia cero

  3. Andres Angulo Rodriguez

    En los sistemas trifasicos existen dos formas de conectar la bobina entre si y en triangulo. Cual son verdaderas?
    -la conexion entre ellas proporciona mas potencia a los generadores
    -la conexion en triangulo proporciona mas potencia a los generadores
    -la potencia que absorbe los generadores es independiente del sistema de conexion
    -la conexion en triangulo proporciona solo tres hilos
    -el diferente desfase de ambos sistema influye en la potencia entregada al generador

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