Calidad de Energía y Factor de Potencia
Los armónicos eléctricos son corrientes y tensiones a múltiplos de la frecuencia de 60 Hz que producen las cargas no lineales, sobre todo variadores de frecuencia, rectificadores y fuentes electrónicas. En una planta calientan transformadores y neutros, disparan protecciones y dañan bancos de capacitores. En México, el Código de Red limita su distorsión en corriente para centros de carga de 1 MW o más.
Casi todo lo que se publica en español cita normas europeas. Aquí va lo que aplica en México: la tabla del Código de Red, cómo se mide y qué solución conviene.
En esta guía:
- Los armónicos en cifras
- Qué son los armónicos eléctricos
- Efectos de los armónicos en la planta
- Distorsión armónica total y límites del Código de Red
- Medición de armónicos
- Armónicos y bancos de capacitores
- Filtro de armónicos y otras soluciones
- Preguntas frecuentes
Los armónicos eléctricos en cifras
Lo esencial, con fuente:
| Dato | Valor |
|---|---|
| Quién debe cumplir límites de armónicos | Centros de carga en media tensión con 1 MW o más y todos los de alta tensión (Código de Red, 2.8) |
| Distorsión total de demanda permitida hasta 69 kV | De 5% a 20%, según la razón de cortocircuito del punto de conexión (tabla 2.8.A) |
| Cómo se mide | Una semana, registros de 10 minutos, percentil 95, equipo clase A |
| Variador con reactancia de 5% a plena carga | Cerca de 35% de distorsión en corriente; 44% al 60% de carga (Plant Engineering) |
| Filtros pasivos bien aplicados | Menos de 5% de distorsión en corriente (Plant Engineering) |
¿Qué son los armónicos eléctricos?
Son componentes de corriente o de tensión cuya frecuencia es un múltiplo entero de la fundamental. En México la fundamental es de 60 Hz, así que la tercera armónica vibra a 180 Hz, la quinta a 300 Hz y la séptima a 420 Hz. Sumadas a la onda de 60 Hz, la deforman y dejan de ser una senoidal limpia.
Los producen las cargas no lineales, que toman corriente a pulsos en lugar de hacerlo de forma continua. Como explica Fluke, estos circuitos electrónicos “deben convertir la corriente alterna suministrada a 60 Hz (CA) en corriente continua (CC)”, y en esa conversión nace la distorsión.
En una planta la lista es conocida: variadores de frecuencia, rectificadores, UPS, soldadoras, hornos de arco e iluminación LED. Un variador común de seis pulsos genera sobre todo la quinta y la séptima, seguidas de la onceava y la treceava. Es la orquesta que nadie contrató, tocando siempre las mismas notas.
Efectos de los armónicos en la planta
Los armónicos no consumen energía útil, pero sí circulan por cables, transformadores y capacitores. El resultado es calor extra, disparos sin causa aparente y equipo que falla antes de tiempo. Casi nunca aparecen con su nombre: se presentan como un problema de otra cosa.
| Síntoma en la planta | Por qué ocurre |
|---|---|
| Transformador caliente con carga normal | Las corrientes de alta frecuencia aumentan las pérdidas en núcleo y devanados |
| Neutro caliente o sobrecargado | La tercera armónica de cada fase no se cancela en el neutro: se suma |
| Capacitores que fallan o se inflan | Resonancia entre el banco y la red a una frecuencia armónica |
| Disparos de protecciones sin causa clara | Corriente eficaz mayor que la que muestra la lectura a 60 Hz |
| Motores más calientes | Pérdidas adicionales por corrientes de frecuencias altas |
El caso del neutro merece una línea aparte. En un sistema balanceado las corrientes de fase se cancelan en el neutro, pero según Schneider Electric las de tercera armónica “están en fase” y ya no se cancelan, así que el neutro puede llegar a llevar tanta corriente como una fase. Un conductor dimensionado para cargar poco termina haciendo turno doble.
Distorsión armónica total y límites del Código de Red
La distorsión armónica total, THD, compara el contenido armónico con la fundamental. El Código de Red no evalúa la THD de corriente a secas, sino la Distorsión Armónica Total de Demanda, que la compara contra la corriente máxima de carga. El límite depende de qué tan fuerte es la red en tu punto de conexión.
Esa fuerza se mide con la razón Icc/IL: la corriente de cortocircuito del punto de conexión entre la corriente máxima de carga promedio de los últimos 12 meses. Para conocer la Icc hace falta un estudio de cortocircuito con el valor que publica CFE. Esta es la tabla para tensiones de hasta 69 kV:
| Razón Icc/IL | Armónicas impares menores a la 11 (% de IL) | Distorsión total de demanda |
|---|---|---|
| Menor a 20 | 4.0% | 5.0% |
| De 20 a menos de 50 | 7.0% | 8.0% |
| De 50 a menos de 100 | 10.0% | 12.0% |
| De 100 a menos de 1,000 | 12.0% | 15.0% |
| Mayor a 1,000 | 15.0% | 20.0% |
Dos detalles que cambian el diagnóstico. El primero: el numeral 2.8 establece que los centros de carga en media tensión con menos de 1 MW “sólo deberán cumplir con el requerimiento de desbalance de tensión y de corriente”. El segundo: una red fuerte permite más distorsión, así que una planta junto a una subestación grande tiene más holgura que una al final de una línea larga. La geografía también opina.
Incumplir tiene costo. La guía de la CRE para centros de carga cita multas de 2 a 10% de los ingresos brutos del año anterior por incumplimientos graves, con base en la ley de 2014, hoy sustituida por la Ley del Sector Eléctrico de 2025.
Medición de armónicos
La medición válida para el Código de Red usa un analizador clase A en el punto de conexión durante al menos una semana, con registros cada 10 minutos. Se toma el percentil 95 de esos registros, así que un pico aislado no te reprueba, pero un problema de todos los días sí.
El Código de Red pide equipo conforme a la NOM-001-CRE/SCFI-2019, la NMX-J-610-4-30-ANCE-2018 o la IEC 61000-4-30, todas en clase A. Medir en el punto de conexión dice si cumples; medir en los tableros de los variadores dice quién es el culpable. Lo explicamos a detalle en la guía de medición de calidad de energía para el Código de Red.
Armónicos y bancos de capacitores: la resonancia
Un banco de capacitores junto con la inductancia de la red forma un circuito que resuena a cierta frecuencia. Si esa frecuencia coincide con una armónica que producen tus variadores, la amplifica: el banco se calienta, se infla o se protege disparando. Es el caso típico de la planta que instaló capacitores para corregir el factor de potencia y empeoró la distorsión.
La solución habitual es el banco desintonizado: cada paso lleva una reactancia en serie que baja la frecuencia de resonancia por debajo de la quinta armónica. El factor más común es 7%, que los fabricantes como Circutor rotulan como 189 Hz en redes de 50 Hz. En una red mexicana de 60 Hz, el mismo 7% sintoniza cerca de 227 Hz, lejos de los 300 Hz de la quinta.
Antes de comprar o ampliar un banco, conviene medir armónicos. Si la planta tiene muchos variadores, un banco convencional puede ser el pariente que llega a ayudar y termina causando el pleito. Lo revisamos junto con la selección de bancos de capacitores industriales.
Filtro de armónicos y otras soluciones
No todo se resuelve con un filtro de armónicos. Las opciones van de una reactancia barata en cada variador a un filtro activo que se adapta a la carga, y la correcta depende de cuánto hay que bajar la distorsión y de cómo varía tu carga durante el día.
| Solución | Resultado típico en corriente | Cuándo conviene |
|---|---|---|
| Reactancia de línea o choque de CD en el variador | Cerca de 35% a plena carga, 44% al 60% de carga | Primer paso barato en cada variador |
| Filtro pasivo sintonizado | Menos de 5% | Cargas grandes y estables |
| Rectificador multipulso de 12 o 18 pulsos | 4 a 6% en condiciones controladas | Variadores grandes nuevos, con tensión balanceada |
| Filtro activo | Se ajusta a la carga en tiempo real | Cargas variables y muchos variadores en un tablero |
La lección de esa tabla es incómoda: casi todas las soluciones funcionan mejor en el catálogo que a media carga. Por eso conviene medir y atacar primero los variadores que más aportan. Si además el factor de potencia te está penalizando, revisa ambos problemas juntos con un diagnóstico de factor de potencia y calidad de energía.
Preguntas frecuentes
Son corrientes o tensiones a múltiplos de 60 Hz que producen cargas no lineales como los variadores de frecuencia. Deforman la onda y causan calentamiento y fallas.
El Código de Red limita la Distorsión Armónica Total de Demanda en corriente entre 5% y 20% para tensiones de hasta 69 kV, según la razón de cortocircuito del punto de conexión. Aplica a centros de carga en media tensión con 1 MW o más y a los de alta tensión.
Con un analizador clase A en el punto de conexión durante al menos una semana, con registros cada 10 minutos. Para el Código de Red se evalúa el percentil 95 de esos registros.
Con reactancias en los variadores, filtros pasivos, rectificadores multipulso o filtros activos. La opción depende de la medición y de cómo varía la carga.
Diagnóstico a ojo vs diagnóstico medido
| A ojo | Medido |
|---|---|
| Se cambia el transformador porque se calienta | Se mide la distorsión antes de cambiar equipo |
| Se instala un banco convencional para el factor de potencia | Se elige un banco desintonizado si hay variadores |
| Un filtro para toda la planta | Se atacan primero los variadores que más aportan |
| Límite supuesto de 5% para todos | Límite según la razón Icc/IL de tu punto de conexión |
| Medición de un día | Una semana con equipo clase A |
Mide antes de filtrar
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