QUE SE ENTIENDE POR CALIDAD DE LA ENERGIA ELECTRICA

QUE SE ENTIENDE POR CALIDAD DE LA ENERGIA ELECTRICA

Puede verse desde varios puntos de vista, pero básicamente se refiere a lo siguiente:

.- Cero perturbaciones en la acometida eléctrica primaria al equipo final, tanto en alimentaciones de corriente continua como corriente alterna

.- Ondas de corriente y voltaje puras, es decir sin distorsiones de ninguna clase cualquiera que sea su origen

.- La manera de tener y sostener una energía confiable en la acometida eléctrica de cualquier instalación que alimente equipos eléctricos – electrónicos sin que se afecten, alteren o dañen el comportamiento de los mismos por esta causa

USUALMENTE EL SUMINISTRO DE ENERGIA DE LAS REDES ELECTRICAS SE VE AFECTADO POR EFECTOS CONTAMINANTES

TALES COMO:

• .- Transitorios de corriente y tensión asociados con sobre tensiones externas y maniobra de interruptores.

• .- Armónicos, asociados con equipos sensibles, sistemas interrumpidos de potencia UPS, variadores de velocidad, convertidores de DC, cargadores de baterías, saturación de transformadores, hornos y soldadores de arco, fuentes de suicheo para computadoras, alumbrado fluorescente, etc

• .- Problemas con la regulación de frecuencia asociada con la implementación de plantas de emergencia

• .- Interferencia electromagnética EMI, asociada con otros equipos e interferencia por radiofrecuencia RFI, asociada con los sistemas de comunicaciones

• .- Desbalance de cargas• .- Corrientes inducidas por puestas a tierra deficientes• .- Alteración del factor de potencia por presencia de

cargas reactivas

USUALMENTE EL SUMINISTRO DE ENERGIA DE LAS REDES ELECTRICAS SE VE AFECTADO POR EFECTOS CONTAMINANTES

TALES COMO:

• .- Interrupciones momentáneas del fluido eléctrico• .- Interrupciones de larga duración• .- Descargas eléctricas atmosféricas: rayos• .- Actividades de maniobra en alta, media y baja

tensión• .- Cortocircuitos• .- Sobretensiones y subtensiones. Swells y Sags• .- Suicheo de bancos de condensadores• .- Efectos de resonancia y ferroresonancia• .- Tensiones desequilibradas• .- Flickers. Impulsos• .- No coordinación de protecciones• .- Sistemas de puesta a tierra deficientes• .- Asimetría de cargas

ASPECTOS MAS RELEVANTES QUE AFECTAN LA CALIDAD DE LA ENERGIA ELECTRICA

.- Puestas a Tierra (PAT) y Equipotencialidad

.- Armónicos

.- Compactibilidad Electromagnética (EMI / RFI) y Apantallamiento

.- Transitorios

PUESTAS A TIERRA Y EQUIPOTENCIALIDAD

En el campo de la calidad de energía frecuentemente muchas personas tienen un equivocado entendimiento de puestas a tierra y equipotencialidad, por lo tanto observemos lo siguiente

•Puesta a Tierra (PAT): es cualquier conexión intencional o no, entre un conductor eléctrico de una red y la tierra física

•Conductor de Neutro: Es un conductor cuya función es retornar al neutro del transformador de alimentación, la corriente residual de carga. Es normal que lleve alguna corriente, aunque si el sistema es balanceado, dicha corriente debe ser substancialmentemas bajas que las corrientes de las fases. Posee una tensión entre sus extremos inicial y final como consecuencia de la circulaciónde corrientes. El conductor del neutro solo se une con la tierra en el sistema de puesta a tierra de la subestación eléctrica


•Tensión Neutro a Tierra: Es la tensión que cae en el cable de un circuito y es igual a la impedancia del cable de neutro, multiplicada por la corriente del neutro. No tiene relación con la tensión de interferencia, ni puede mejorarse reduciendo la resistencia de puesta a tierra. Essimplemente la caída de tensión de un cable, la cual por conveniencia, se mide tocando el conductor de la tierra, que supone que no lleva corriente, es decir que su potencial es igual al del otro extremo del cable (donde se une con el neutro) y el neutro en un toma o en un gabinete

La tensión neutro a tierra depende exclusivamente de la impedancia del conductor de neutro; no tiene que ver la constitución de la puesta a tierra ni su resistencia. De paso, los “técnicos no preparados” aprovechan la falta de conocimiento de quienes deden recibir la instalación, para “demostrar” que si un toma corriente se medían cero voltios, la puesta a tierra estaba perfecta. En la práctica una regla básica es instalar neutros con calibre del doble de las fases ó acercar el transformador a las cargas para reducir la longuitud.

•Sistemas de Puestas a Tierra (SPAT): Es un conjunto de electrodos y cables, en contacto intencional con la tierra física, que pretende usar la tierra física (suelo) como conductor eléctrico.


•Equipotencialidad: Concepto de seguridad eléctrica que establece que los riesgos y daños ocurren cuando existen diferencias de tensión aplicadas en los cuerpos o equipos, es decir que mientras un cuerpo tenga en su parte el mismo potencial, no circularan por él corrientes que puedan dañarlos. Obviamente si el cuerpo es conductor una pequeña diferencia de potencial puede ser suficiente para que circule por el una gran corriente, mientras si el cuerpo es aislante soportara una mayor diferencia de tensión antes de que pueda fluir por el alguna corriente. Bajo este concepto, los sistemas de tierra pretenden equipotencializarlos equipos y cuerpos dentro de una instalación a fin de que no ocurran diferencias importantes de tensión que puedan dañar su aislamiento.

•Resistividad del terreno: Es una propiedad del terreno que cuantifica la capacidad conductiva del mismo. Aunque su valor se expresa generalmente en Ohm-m, dicha propiedad es independiente de la geometría del cuerpo en el que se mide y por lo tanto no depende de la longitud. Su inverso es la conductividad (expresada en S/m).


En resumen sobre este tema se puede decir, que las puestas a tierra no deben ser aisladas, en razón que al tener tierras individuales, estas están a diferentes potenciales, y la falta de una permanente unión hará que corrientes se sobre impongan afectando la seguridad de los equipos electrónicos sensibles.

Igualmente los equipos electrónicos sensibles se debe conectar la tierra , en razón a:

.- Ciertos dispositivos electrónicos utilizan electrónicas de autodiagnóstico, y su monitoreo en cuanto a protecciones son realizadas con respecto a tierra, al no tenerla pondrían el equipo en riesgo

.- Si están habilitados con protecciones externas o internas, el modo de protección con respecto a tierra queda des habilitado


•Valores máximos típicos recomendados de resistencia de puesta a tierra.

– Estructuras de líneas de transmisión: 20 ohmios– Subestaciones de alta y extra alta tensión: 1 ohmios– Subestaciones de media tensión en poste: 10 ohmios– Subestaciones de media tensión de uso interior: 10 ohmios– Para rayos de descarga atmosférica: 1 ohmio– Para rayos de línea: 1 ohmio– Celda seccionador principal: 15 ohmios– Neutro de acometida en baja tensión: 25 ohmios– Puesta a tierra para equipo electrónico sensible: 5 ohmios


Este es un ejemplo desarrollado por la entidad EPRI´S Power ElectronicAplication Center (PEAC). Revista EC&M febrero de 1999Caso 1: Tierra flotante en el secundario del transformador, el voltaje N-G fue de 50 vrmsCaso 2: Suicheo creado por una fotocopiadora en paralelo con el PC. El voltaje de N-G fue de 3 a 18 vrms por varios ciclosCaso 3: Simula una condición de transitorios producidos por luminarias / Reles / Máquinas de soldar en ON-OFF. Se presentaron transitorios entre N-G por el orden de 0,5 KV y 1,5 KV, a 0,5 mseg, 100 KhzCaso 4: Suicheo de un condensador de 326 µF y tierra flotanteEn los anteriores casos el PC no se daño, pero los datos que fluían a los periféricos se bloqueaban

ARMONICOS

Los sistemas de potencia cuentan actualmente con una gran cantidad de elementos llamados no lineales (variadores de velocidad, máquinas de soldar, luminarias, etc), los cuales generan a partir de forma de onda sinusoidales y de la frecuencia de la red, las otras ondas de diferentes frecuencias ocasionandoel fenómeno conocido como armónicos

Los armónicos son un fenómeno que genera problemas tanto a los usuarios como a la entidad encargada de la prestación de energía ya que pueden ocasionar diversos efectos nocivos en los equipos de la red

También producen distorsión de voltaje y corriente; extra calentamiento de los componentes de distribución de potencia (cables, fusibles, contactores, transformador); e inestabilidad en las plantas generadoras entre otros,

Los armónicos ayudan a deteriorar el verdadero factor de potencia del sistema eléctrico de la instalación

ARMONICOSLA ONDA SENO A SU FRECUENCIA FUNDAMENTAL Y LOS ARMONICOS: 2do ( 120 Hz ), 3ro ( 180 Hz ), 4to ( 240 Hz ) y 5to ( 300 Hz )

ARMONICOS

* Generado por los puentesrectificadores de cuatrodiodos , tiristores y otros

* Generado por los puentesrectificadores de seis diodos, tiristores y otros

* Generado por los puentesrectificadores de docediodos , tiristores y otros

♦ 3rd, 5th, 7th, 9th, 11th, 13th...

♦ 5th, 7th, 11th, 13th...

♦ 11th, 13th...

ARMONICOS

ARMONICOS

ARMONICOS

ARMONICOS

ARMONICOS

• Filtros para Armónicos: Son una combinación de bobinas, condensadores y resistencias

• Filtros Activos: Reducen los armónicos mientras se adaptan a las condiciones de carga variable. Su costo es mayor que los filtros pasivos

• Filtros Pasivos: Son diseñados exclusivamente para atenuar el armónico relevante que se desee, por ejemplo el 5to armónico

• Nota: Los armónicos no se eliminan se atenúan

ARMONICOS

• En resumen podemos decir que los ARMONICOS pueden alterar, bloquear, los equipos electrónicos sensibles, pero no son los causantes del daño de los mismos, e igualmente contribuyen a sobre dimensionar los componentes de los circuitos eléctricos de potencia, y a demandar mayor consumo de corriente de la instalación o planta industrial

Compatibilidad Electromagnética y ApantallamientoCompatibilidad Electromagnética (EMC): Es la habilidad de un equipo eléctrico – electrónico de funcionar correctamente en el ambiente electromagnético donde es usado. El ambiente electromagnético puede variar de lugar a lugar, y puede venir de diferentes fuentes de distorsión, tales como, como un fenómeno natural, o de un equipoeléctrico – electrónico. Los problemas de EMC pueden ser radiados (RFI. Interferencia por radio frecuencia, por ondas), o conducidos (EMI, interferencia electromagnética, por medio físico). EMC es un parámetro de calidad.

APANTALLAMIENTOEl Apantallamiento debe tener tres aspectos básicos:.- Determinar el nivel de protección y la correspondiente zona de protección ofrecida por los dispositivos apantalladores que garanticen “atrapar” los rayos que puedan representar riesgos, para lo cual se usa el método electrogeométrico.- Determinar como se conduce la descarga desde el dispositivo colector hasta la tierra, sin producir daños humanos o materiales, esfuerzos mecánicos o interferencia electromagnética.- Determinar como se reflejará la corriente en la tierra sin producir tensiones de paso y contacto peligrosas para los seres vivos o interferencias con otras tierras y/o el sistema de control de lainstalación

Compatibilidad Electromagnética y ApantallamientoEMC es a menudo un término relacionado con el ruido eléctrico, pero puede describirse igualmente como la habilidad de un dispositivoeléctrico – electrónico para resistir la interferencia eléctrica y no emitir interferencia a su alrededor

Ruido Eléctrico: es la interferencia eléctrica que afecta a un dispositivo eléctrico – electrónico o que es emitido por ellos. Este se divide en tres grupos:

Grupo 1: Es el voltaje de interferencia térmica proveniente de todos loscomponentes. La limitación para la sensitividad de un equipo se determina por las leyes de la física

Grupo 2: Es el ruido atmosférico por ejemplo los voltajes picos en una fuente de alimentación después de descargas atmosféricas. Este ruido no puede ser drenado y su interferencia en instalaciones eléctricas puede solo ser limitada por diferentes métodos

Grupo 3: Es el ruido proveniente por suicheo, radio comunicaciones y otros. Este ruido eléctrico producido por el hombre puede ser controlado

Compatibilidad Electromagnética y ApantallamientoEmisión: Es la energía electromagnética emitida por un equipo

Inmunidad: Es la habilidad del equipo para resistir la interferencia electro magnética

Interferencia en la Alimentación Principal: Interferencia en la alimentación principal en equipos de consumo eléctrico causan una distorsión en el voltaje de suministro. Esta distorsión es creada por componentes de alta frecuencia de corrientes generadas por circuitos de inversores y otros productos semiconductores de naturaleza nolineal. Unidades conectadas al mismo suministro principal, interferencias significativas se adicionan a la carga. Esto se refleja en consumos de corriente mas alto y ruido acústico en las unidades.

Vías de la Emisión: El ruido eléctrico puede ser esparcido por la línea de alimentación (conducido) y por el aire (radiado)

Acoplamiento: El acoplamiento es dependiente de cómo los circuitos eléctricos han sido conexionados. El acoplamiento puede ser galvánico, capacitivo o inductivo

Compatibilidad Electromagnética y ApantallamientoUso de Cables Correctos para EMC: Se recomienda utilizar cables apantallados, drenados y trenzados para optimizar la inmunidad en cuanto a EMC de los cables de control, además de la emisión de EMC de los cables por ejemplo de un motor eléctrico. La capacidad de un cable de reducir la radiación entrante y saliente del ruido eléctrico depende de la impedancia de transferencia (Zt). El apantallamiento de un cable está diseñado, normalmente, para reducir la transferencia de ruido eléctrico; sin embargo, un apantallamiento con una impedancia de transferencia inferior es más efectivo que uno con una impedancia de transferencia Zt más alta. La impedancia de transferencia Zt no suelen declararla los fabricantes de cables, aunque suele ser posible calcularla mediante la evaluación del diseño físico del cable.

Cómo se Evalúa la Impedancia de Transferencia Zt:.- la conductividad del material del apantallamiento.- La resistencia de contacto entre los conductores individuales del apantallamiento.- La cubierta del apantallamiento, es decir, el área física del cable cubierta por el apantallamiento, que frecuentemente se indica como un valor porcentual.- Tipo de apantallamiento, es decir, trenzado o retorcido

Compatibilidad Electromagnética y Apantallamiento

Conexión a Tierra de Cables de Control Apantallados, Drenados y Trenzados: En general, los cables de control deben estar apantallados, drenados y trenzados, y el apantallamiento se debe conectar mediante una abrazadera de cable en ambos extremos al equipo final.

La atenuación del apantallamientodebe ser lo más alta posible (normalmente en un rango de 30dB), mientras el acople de impedancia debe ser lo más bajo posible

Compatibilidad Electromagnética y Apantallamiento

En resumen se puede decir que los problemas de EMC y Apantallamiento no dañan los equipos eléctricos y Electrónicos, pero si los altera en el procesamiento de su información, y generalmente se detecta cuando el equipo final presenta poca o gran inestabilidad en su lectura, por ejemplo, en un medidor de flujo mostrando caudales muy variables, o en ecógrafo biomédico una señal super puesta a la esperada, o un monitor de PC donde la pantalla parece rotando.

Estos problemas son muy frecuentes e infieren tanto a niveles de señales de control como de potencia.

TRANSITORIOS

Los transitorios son los eventos más fatales y los encargados en la gran mayoría de las veces de alterar y dañar los equipos eléctricos yelectrónicos sensibles.

REPORTE DE UN MONITOREO ELECTRONICO

1,5 segundos133 VrmsSubida transitoria F-N01/09/2003 08:42

334°+210 Vp1 Transitorio F-N01/09/2003 08:42













0,5 ciclos133 VrmsSubida transitoria F-N01/09/2003 08:52








107°-380 Vp3 Transitorios F-N01/09/2003 08:57

107°+360 Vp3 Transitorios F-N01/09/2003 08:57

PROTECCIONES INTERNAS “PROTECCIONES FINAS”

• Al interior de edificios y equipos pueden ocurrir sobretensiones transitorias que afectan las instalaciones y los equipos, provocando en muchos casos, el daño total o deterioro paulatino de los mismos, incendios alteración de datos y señales, entre otras fallas, con las consecuencias que esto conlleva.

• Las causas de tales sobretensiones pueden ser el impacto directo, cercano o lejano de rayos, la maniobra de equipos eléctricos de alta tensión o alta potencia, suicheo por conmutación de cargas dentro de la misma edificación, etc.

• Las medidas de protección interna que se adopten representan un complemento a la protección externa (Puestas a tierra, equipotencialidad, bobinas de choque) y dependiendo de la evaluación de riesgo para el lugar especifico, son estrictamente necesarias e imprescindibles si se quiere garantizar la confiabilidad de la operación de sistemas eléctricos y electrónicos de baja tensión, tales como, tableros de alimentación de equipos de sistemas Scada, RTU, instrumentación electrónica, equipo biomédico, redes de computo, telecomunicaciones, etc.


Protecciones:• En primer lugar es importante diferenciar para qué son las protecciones.

Se deduce que hay protecciones tanto para baja frecuencia (fallas a tierra, cortocircuitos, etc), y hay protecciones para sobretensiones transitorias. Las primeras disparan un elemento de protección, las segundas disipan en forma de calor parte de la energía de la sobre tensión y envían el resto a tierra por medio de una corriente. Para las protecciones de bajafrecuencia, no importa realmente un camino a tierra (por eso se usa un conductor de tierras) a menos que no se utilice un conductor de tierras por altos costos, pero las protecciones de alta frecuencia es importantísimo el camino a tierra, las protecciones neutro tierra se instalan cernazas al equipo o acometida a proteger, entonces toda sobre tensión que llegue al equipo vía conductor de neutro se disipará parte en la protección, y el resto en forma de corriente circulará por el conductor de tierras hasta el punto donde este conectada la puesta a tierra y se disipará por ahí. El punto de conexión neutro tierra no forma parte del circuito de disipación de corriente.

• La Corriente de rayo deberá ir en su mayor parte a la puesta a tierra del sistema de protección contra rayos, reduciendo de esta manera las corrientes en modo común que circulan dentro de la instalación y que son las responsables de las sobretensiones producidas.

• Es importante tener claro que la protección NO es suficiente con una buena puesta a tierra, la puesta a tierra es tan sólo una ficha en el rompecabezas, por eso se es necesario los dispositivos de estado sólido de protección contra sobretensiones, conocidos como TVSS / DPS


• Las áreas que afectan los rayos

InduccionInduccion CouplingCoupling

PotencialPotencial De TierraDe Tierra

EquipoEquipo Para Para ProtegerProteger

Impacto Sobre Impacto Sobre LineaLinea


• Los efectos de una Oscilación momentánea inesperada en un voltaje pueden ser catastróficos para cualquier tipo denegocio o instalaciónindustrial.

•• CostosCostos deldel ReemplazoReemplazo yyReparaciónReparación dede los Equiposlos Equipos

•• CostosCostos de lade la recuperaciónrecuperacióndede información información

•• CostoCosto deldel tiempo tiempo operacional perdido operacional perdido

•• PérdidaPérdida dede EntradasEntradas//GananciasGanancias


QuQuéé es una Oscilacies una Oscilacióón Momentn Momentááneanea de Alta Tension yde Alta Tension y SobreSobre Voltage?Voltage?

Es unEs un excesoexceso dede voltajevoltaje yy corrientecorriente,, generalmentegeneralmente de 10de 10microsegundosmicrosegundos oo menosmenos,, en un circuito que ha sido afectado. ElInstituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE) ha demostradoen estudios desarrollados que las oscilaciones momentáneas en una línea de potencia de 120 volts puede alcanzar hasta 5,600 volts.Otras pruebas independientes han mostrado magnitudes aún más grandes.

ConCon ququéé frecuencia ocurren las Oscilaciones Momentfrecuencia ocurren las Oscilaciones Momentááneasneas??

60 ciclos por segundo X 60 segundos por minuto X 60 minutos por hora para un total de 216,000 por hora.

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