CALIDAD DE ENERGÍA ELÉCTRICA. CALIDAD DE = CALIDAD DEL ENERGIA PRODUCTO Es un término utilizado para definir el estándar de calidad que debe tener el

CALIDAD DE ENERGÍA ELÉCTRICA

CALIDAD DE = CALIDAD DEL ENERGIA PRODUCTO

Es un término utilizado para definir el estándar de calidad que debe tener el suministro de electricidad (en corriente alterna) en las instalaciones eléctricas asociadas a la:

• Tensión o voltaje constante

• Forma de onda sinusoidal

• Frecuencia constante


PARÁMETROSPARÁMETROSPERTURBACIONESPERTURBACIONES

TENSIÓNTENSIÓN Variaciones de tensión, se acepta el 5% de la tensión

nominal

FRECUENCIAFRECUENCIA Variaciones sostenidas de frecuencia

PERTURBACIONESPERTURBACIONES

• Armónicas THD no mayor al 8%

• Flicker


¿ EN DÓNDE PUEDE ORIGINARSE LA MALA CALIDAD DE ENERGÍA?

1. En la acometida de la red eléctrica que alimenta la instalación por deficiencias en el suministro.

2. En la propia instalación del usuario.


¿QUIÉNES CAUSAN ESTAS DEFICIENCIAS?

Los causantes son los equipos de consumo o las cargas no lineales (generalmente constituidos por componentes electrónicos), como PCs, TVs, variadores de frecuencia, fluorescentes compactos, etc.


¿QUÉ PROBLEMAS ORIGINAN?

• Generación de corrientes armónicas.

• Fugas de corrientes en la red de tierra.

• Variaciones de voltaje.


DIFERENTES TIPOS DE CARGAS Y FORMAS DE ONDA


Type of Load Typical WaveformCurrent

Distortion

Single PhasePower Supply

0 10 20 30 40- 1. 0

- 0. 5

0. 0

0. 5

1. 0

Ti me ( mS)

Cur

ren

t

80%(high 3rd)

Semiconverter

0 10 20 30 40- 1. 0

- 0. 5

0. 0

0. 5

1. 0

Ti me ( mS)

Cur

ren

t

high 2nd,3rd,4th at partial

loads

6 Pulse Converter,capacitive smoothing,no series inductance

0 10 20 30 40- 1. 0

- 0. 5

0. 0

0. 5

1. 0

Ti me ( mS)

Cur

ren

t

80%

6 Pulse Converter,capacitive smoothing

with series inductance > 3%,or dc drive

0 10 20 30 40-1.0

-0.5

0.0

0.5

1.0

Ti me ( mS)

Current

40%

6 Pulse Converterwith large inductor

for current smoothing

0 10 20 30 40- 1. 0

- 0. 5

0. 0

0. 5

1. 0

Ti me ( mS)

Cur

ren

t

28%

12 Pulse Converter

0 10 20 30 40- 1. 0

- 0. 5

0. 0

0. 5

1. 0

Ti me ( mS)

Cu

rre

nt

15%

ac VoltageRegulator

0 10 20 30 40- 1. 0

- 0. 5

0. 0

0. 5

1. 0

Ti me ( mS)

Cur

ren

t

varies withfiring angle

FluorescentLighting 17%Lámpara Fluorescente

Regulador de Tensión a.c.

Convertidor de Pulso 12

Convertidor de Pulso 6 con inductor grande para suavizar la carga

Convertidor de Pulso 6 capacitivo con inductancia en serie > 3%

Convertidor de Pulso 6 capacitivo sin inductancia en serie

Semiconvertidor

Suministro de energía monofásico

Tipo de cargaDistorsión de

corriente

Varía con el ángulo

Forma típica de la onda

¿QUÉ ES UNA ARMÓNICA?

Son las ondas de frecuencia enteras o múltiplos de números enteros de las frecuencias fundamentales, que dan lugar a una señal distorsionada no sinusoidal.


PROBLEMAS QUE ORIGINAN LAS ARMÓNICAS

• Operación errática del equipo computarizado.

• Sobrecalentamiento del equipo y los conductores.

• Falla prematura de los equipos.

• Mal funcionamiento de equipos de control, protección, medida y telecomunicación.


SOLUCIONES A LOS PROBLEMAS DE ARMÓNICAS

• Mantener baja la impedancia eléctrica.

• Preparar el circuito para asimilar el contenido de armónicas.

• Balancear correctamente las cargas en los conductores/fases.


EFECTOS DE LAS CORRIENTES ARMÓNICAS

Resonancia proveniente de los condensadores de compensación reactiva (que mejoran el factor de potencia).

Los condensadores aumentan la distorsión del sistema y contribuyen

a producir el fenómeno de resonancia logrando colapsar

condensadores o transformadores.

SOLUCIÓN : Instalar filtros


EFECTOS DE LAS CORRIENTES ARMÓNICAS


Incremento de pérdidas en conductores y transformadores

Se debe al incremento de las corrientes armónicas que se suman a la

fundamental.

Errores de Instrumentos

Afectan severamente la lectura de los instrumentos.


0.00

0.30

0.60

0.90

1.20

1.50

0 300 600 900 1200 1500

N o Cap ac ito rs

Imp

ed

an

ce

,

F requ en cy (H z)

Cap acito rs

ResonancePoint

CONDICIONES DE RESONANCIA SIN Y CON BANCO DE CONDENSADORES DE 1200 KVAR EN SERVICIO

0.00

0.30

0.60

0.90

1.20

1.50

0 300 600 900 1200 1500

24 00 kva rC a p Ban k

20 32 kva r4 .7 th F il te r

Imp

ed

an

ce

,

F requ en cy (H z)

12 00 kva rC a p Ban k

EFECTO DEL FILTRO DE ARMONICOS EN LA FRECUENCIA DE RESONANCIA

REGULACIÓN DEL VOLTAJE

La mala regulación del voltaje afecta principalmente a las luminarias y a los motores eléctricos.

�Las variaciones típicas de voltaje son:

• Pico de alto voltaje.

• Caídas de voltaje.

• Parpadeo de voltaje.


REGULACIÓN DEL VOLTAJE

� Soluciones a estos problemas

• Circuitos independientes para equipos electrónicos.

• Empleo de conductores de óptima dimensión.

• Compensación del factor de potencia.

• Sistema de conexión a tierra con un buen diseño y mantenimiento.

• Instalación de eliminadores de sobretensión para protección de áreas claves.



Phase A (50 Amps)

Phase B (50 Amps)

Phase C (57 Amps)

Neutral (82 Amps)

ElectronicLoads

CORRIENTE DE FASE Y CORRIENTE DE NEUTRO EN UN CIRCUITO QUE ALIMENTA CARGAS ELECTRÓNICAS

EJEMPLOS DE PROBLEMA Y SOLUCIONES

CASO CONDUCTOR NEUTRO SOBRECARGADO

•Cuando las cargas electrónicas 1Ø se alimentan de un sistema 3Ø (de 4 conductores), las corrientes del neutro (In) aumentan.

•En circuitos 3Ø con cargas lineales, la In es una función del balance de cargas y generalmente es de valor pequeño.

•Por ejemplo, si tenemos cargas electrónicas con presencia de la 3ra armónica (aprox, 70% de la fundamental) y asumimos cargas balanceadas y de iguales características, entonces la Irms de fase y la Irms

neutral serán:

•I fase = ( I12 + I2

2 ) 1/2 = ( 1,02 + 0,72 ) 1/2 = 1,22

•I neutro = ( I3 + I3 + I3 ) = 2,10

•I neutro/I fase = 2,10/1,22 = 1,72



Lo que significa que el conductor neutro no debe ser subdimensionado.

En la siguiente figura se observa como la corriente en el neutro se incrementa según el incremento de las cargas no lineales como una fracción de la carga total.


rms Neutral Current in pu of rms Phase Current

0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

1.40

1.60

1.80

0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%

Electronic Load (% of Total Load)

Ne

utr

al C

urre

nt


SOLUCIONES •Incremento de la sección del conductor neutro.•Doble conductor neutro.•Conductor neutro con cada fase.•Transformador zig-zag en el lado de carga del conductor neutro afectado.•Filtros en serie para bloquear corrientes armónicas de 3er orden.

Si se utiliza equipos donde la 3ra armónica es menor al 30% de la fundamental, entonces:

•I fase = ( I12 + I2

2 ) 1/2 = ( 1,02 + 0,32 ) 1/2 = 1,04•I neutro = ( I3 + I3 + I3 ) = 0,90•I neutro/I fase = 0,90/1,04 = 0,87

¡Dimensionar el conductor neutro = conductor de fase !


CALENTAMIENTO DEL TRANSFORMADOR

Los transformadores no están diseñados específicamente para alimentar cargas no lineales que obligan a contabilizar pérdidas adicionales causadas por las armónicas. Las pérdidas relevantes son:

a) Las proporcionales a la resistencia de los arrollamientos y a la suma al cuadrado de las corrientes fundamental y armónicas.

b) Por corrientes parásitas que son proporcionales al cuadrado de la corriente armónica y al cuadrado del orden de la armónica.

Por lo tanto la capacidad de un transformador se reduce por la presencia de armónicas en el sistema.



Ejemplo:

La figura ilustra como los transformadores que alimentan cargas totalmente electrónicas pueden tener una capacidad menor al 50% de su valor nominal.


Transformer Capability After Derating For Electronic Load

Switched Mode Power Supply Load (Percent Overall Load)

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%


SOLUCIONES

• Uso de transformadores con un factor “k” es suficiente para el tipo de cargas que serán alimentadas.

• Filtros pasivos o activos en el lado de carga del transformador.

• Transformador zig-zag o filtro de bloqueo para limitar la componente armónica de secuencia cero (tercera armónica).


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CALIDAD DE ENERGÍA ELÉCTRICA. CALIDAD DE = CALIDAD DEL ENERGIA PRODUCTO Es un término utilizado para definir el estándar de calidad que debe tener el