Calculadora de calidad de suministro: THD, factor K, desequilibrio y reactiva

Qué hace esta calculadora

Tres cuentas que salen de cualquier campaña con un analizador de redes, y que casi siempre se hacen a mano en la hoja de cálculo de vuelta a la oficina.

Armónicos: THD y factor K

A partir del fundamental y de los armónicos impares hasta el 13.º:

THD = √(Σ I_h²) / I₁

referido al fundamental, que es la forma que usan EN 50160 e IEC 61000-4-30, y el factor K:

K = Σ (I_h² · h²) / Σ I_h²

El factor K es el que decide el transformador. Las pérdidas adicionales por corrientes parásitas crecen con el cuadrado del orden del armónico, así que un 30 % de tercer armónico no calienta un 30 % más: calienta como si la corriente eficaz fuera bastante mayor. Una corriente senoidal pura da K = 1; las cargas de electrónica de potencia llegan a 4, 13 o más, y esa es exactamente la cifra con la que se especifica un transformador para cargas no lineales.

La calculadora da también el valor eficaz total, que es lo que de verdad miden las protecciones y lo que tiene que soportar el cableado: un neutro dimensionado con el fundamental se queda corto cuando hay tercer armónico, porque los triples se suman en el neutro en vez de cancelarse.

Desequilibrio de tensión

Con las tres tensiones compuestas, la calculadora aplica el método exacto —la relación entre la componente de secuencia inversa y la directa—:

β = (U₁₂⁴ + U₂₃⁴ + U₃₁⁴) / (U₁₂² + U₂₃² + U₃₁²)²

VUF = √((1 − √(3 − 6β)) / (1 + √(3 − 6β)))

y también el método simple (mayor desviación respecto a la media), porque muchas guías de fabricante lo usan y conviene poder comparar. EN 50160 limita el desequilibrio al 2 %.

Compensación de reactiva

Q = P × (tan φ₁ − tan φ₂)

Además de los kvar, la calculadora muestra la capacidad liberada: los kVA que recuperan el transformador y el cableado al bajar la corriente. Ese suele ser el argumento económico que falta en el informe, porque una compensación bien hecha a veces evita cambiar un transformador.

Un aviso: si hay armónicos, la batería no puede ser un condensador desnudo. El conjunto condensador-transformador forma un circuito resonante y, si su frecuencia de resonancia cae cerca de un armónico presente, la corriente se amplifica y la batería se destruye. Con THD apreciable hay que ir a equipos con reactancias de bloqueo.

Ejemplo resuelto

Cuadro con 100 A de fundamental y 30 A de tercer armónico, tensiones de 400, 398 y 403 V, y 100 kW con cos φ 0,80.

• THD = 30 % y factor K = 1,66 → el transformador que alimente este cuadro necesita margen
• Valor eficaz total: 104,4 A frente a los 100 A del fundamental
• Desequilibrio: 0,4 % por el método exacto → dentro de EN 50160
• Para pasar a cos φ 0,95: 42,1 kvar, que liberan 19,7 kVA de capacidad

Lo que esta calculadora no hace

Trabaja con un espectro que introduce usted, no con el registro completo: no calcula percentiles semanales, que es como se evalúa el cumplimiento de EN 50160, ni distingue entre huecos, interrupciones y transitorios. No dimensiona filtros ni comprueba la resonancia de la batería, que exige conocer la potencia de cortocircuito. Y el factor K que devuelve es el del espectro introducido: el del proyecto debe salir del registro de la carga real.

Con qué se mide

El espectro, el desequilibrio y el factor de potencia los registra un analizador de calidad de red conforme a IEC 61000-4-30, que es el que da validez a las medidas frente a la distribuidora. Para instalaciones de baja tensión, los comprobadores multifunción incluyen medida de armónicos.