Análisis de armónicos en sistemas eléctricos de potencia y normas regulatorias: impacto del horno de arco eléctrico de acerías

Abstract

RESUMEN En la operación de sistemas eléctricos de potencia pueden presentarse armónicos de voltaje y corriente originados por cargas como ser plantas siderúrgicas, cementeras o por efecto de la generación eólica y solar. En la industria siderúrgica, los Hornos de Arco Eléctrico (HAEs) se encuentran entre los principales causantes de armónicos y fluctuaciones de voltaje. Estos armónicos de voltaje pueden incrementar significativamente los niveles de armónicos de corriente en la red, produciendo pérdidas de potencia activa y daño a los equipos. Por otro lado, no se dispone de modelos precisos de HAEs para efectuar estudios de armónicos en sistemas de potencia, debido al comportamiento altamente caótico del mismo. Esta investigación propone una metodología de análisis de armónicos, a corto y mediano plazo, basada en el modelo matemático simplificado de Ayrton para la representación del HAE. Dicha metodología es aplicada a un caso de estudio real de una siderúrgica conectada al sistema eléctrico boliviano; donde, se calcularon índices de calidad de energía, tasas de distorsión armónica total e individual, y se verificó el cumplimiento de las consideraciones de la norma IEEE 519-2022. Los resultados se compararon con mediciones especializadas de armónicos en nodos de alto voltaje del sistema eléctrico boliviano; donde se evidencia el aporte significativo de armónicos en la red, principalmente de armónicos de quinto (3,98%), séptimo (1,68%), undécimo (0,85%) y decimotercer (0,79%) orden. De esta forma se demuestra la importancia de cumplir con las normas regulatorias en materia de calidad de energía para no afectar a los usuarios de la red.